LTE-Advanced Heterogene mreže

Seminarski rad iz Digitalnih telekomunikacionih sistema

Čabarkapa Stefan 5/12Tomović Slavica 6/12

Sadržaj

Uvod

• Evolucija bežičnih telekomunikacija je vođena zahtjevima tržišta za multimedijalnim aplikacijama. Prognoze za narednih par godina su da će se broj zahtjeva za multimedijalnim servisima godišnje udvostručiti. Ovakav rast saobraćaja uzrokovan pojavom velikog broja novih servisa i sve većim mogućnostima mobilnih terminala tjera mobilne operatere na razmišljanje kako odgovoriti zahtjevima za visokim kapacitetom a pri tome ostvariti zadovoljavajući kvalitet usluge. Postoji više pristupa ovom problemu, a izdvojile su se tri ključne opcije za njegovo prevazilaženje koje se odnose na: 1) unaprijeđenje makro-celularne mreže; 2) povećanje koncentracije makro ćelija; i 3) korišćenje malih ćelija koje u kombinaciji sa tradicionalnim makro ćelijama formiraju heterogenu mrežu.

Uvod• Tri tehnike za povećanje kapaciteta:

Koncept heterogene mreže• Omogućava prenos podataka velikim brzinama, a pri tome čine celularne mreže energetski efikasnijim usled smanjenja propagacionog rastojanja između korisnika i bazne stanice.• Male ćelije se implementiraju u slabo pokrivenim područjima i zonama viskog inteziteta saobraćaja. Sa druge strane, makro ćelije su bolje za slabo naseljena područja i za korisnike visoke mobilnosti radi izbjegavanja čestih handover-a pri prelasku iz polja jedne bazne stanice u zonu pokrivanja druge.

Oblast proširenog pokrivanja

• Motiv: Ako se odabir bazne stanice vrši na osnovu snage downlink signala kao što je to ranije bio slučaj, korisnost malih ćelija je znatno umanjena. U ovom scenariju, korisnici se dominantno povezuju na makro stanicu i kada ona nema dovoljno resursa da na efikasan način opsluži sve korisnike, iako možda u tom trenutku mala ćelija ne opslužuje ni jednog korisnika. •Proširenje oblasti pokrivanja male ćelije je postignuto tako što se u standardnom postupku selekcije ćelije dodaje offset na nivo primljenog referentnog signala koji emituje bazna stanica u maloj ćeliji.

Oblast proširenog pokrivanja

• Poboljšanje performansi za heterogenu mrežu sa makro i piko ćelijama:

Tehnike sa umanjivanje uticaja inter-ćelijske interferencije

• Pored raznih benefita koje sa sobom donosi koncept proširenja servisne zone male ćelije on donosi i problem veće inter-ćelijske interferencije. • Ovaj problem nije svuda podjednako izražen (korisnik 1 i korisnik 2)• Predložene su dvije tehnike za rješavanje ovog problema koje podrazumijevaju veću koordinaciju kroz adekvatnu podjelu resursa između baznih stanica koje se ometaju.

FDM (Frequency domain multiplexing) šema za koordinaciju interferencije

 • Podjela resursa u frekvencijskom domenu.• Bazira se na agregaciji nosioca koja podrazumijeva grupisanje nekoliko tzv. elementarnih nosioca (component carriers) koji odgovaraju standardnim kanalima LTE verzije 8 u cilju proširenja frekvencijskog opsega koji se koristi za prenos ka i od mobilnog terminala.• Najviše pet elementarnih nosioca bilo iz istog frekvencijskog opsega ili ne se može grupisati, pri čemu svaki od njih može zauzimati opseg od 1.4, 3, 5, 10, 15 ili 20 MHz što znači da se za usluživanje jednog korinsika može koristiti najviše 100 MHz.

Agregacija nosioca

FDM (Frequency domain multiplexing) šema za koordinaciju interferencije

• Makro i mala ćelija vrše prenos kontrolnih informacija na različitim učestanostima pri čemu i jedna i druga ćelija za prenos podataka mogu koristiti svaki od elementarnih nosioca koji stoje na raspologanju ali ne i iste istovremeno ukoliko se korisnik nalazi u oblasti proširenog pokrivanja.• Glavni nedostatak ove tehnike za umanjivanje uticaja interferencije jeste što se može primjeniti samo u slučaju da korisnici posjeduju terminale koji podržavaju agregaciju nosioca, što znači da se ne može korisiti kod terminala iz LTE verzija 8 i 9.

TDM (Time Division Multiplexing) šema za koordinaciju interferencije

• Kod ovog pristupa transmisija makro bazne stanice stopira se tokom nekih podfrejmova (Almost blank subframes) kako bi se mogao pružiti bolji kvalitet servisa korisnicima na periferiji malih ćelija gdje je uticaj interferencije najizraženiji.

• Korisnici koji trpe jak nivo interferencije opslužuju se tokom trajanja ABS podfrejmova, dok se za opsluživanje korisnika koji se nalaze u blizini baznih stanica, gdje uticaj interferencije nije toliko izražen, koriste standardni podfrejmovi.

Budućnost heterogenih celularnih mreža – LTE izdanje 12

Budućnost heterogenih celularnih mreža – LTE izdanje 12

• Odvojena kontrolna ravan (C-plane) od ravni podataka (U-plane)• Na nižim učestanostima prenose se kontrolni signali male i makro ćelije kao i signali podataka makro ćelije• Male ćelije koristi visoke učestanosti za prenos podataka

Budućnost heterogenih celularnih mreža – LTE izdanje 12

• Fleksibilnija alokacija resursa.• Alokacija propusnog opsega na uplink-u i downlink-u izvršava se dinamički u skladu sa saobraćajnim zahtjevima

MIMO sistemi

• MIMO sa aktivnim antenskim sistemom i velikim brojem antena predstavlja potencijalnu tehnologiju koja se može primjeniti u malim ćelijama koje bi u budućnosti mogle funkcionisati na učestanostima iznad 10 GHz.• Antenski elementi koji rade na ovako visokim učestanostima mogu biti dovoljno malih dimenzija pa se više elemenata može postaviti na istom prosotoru i vršiti emitovanje signala veoma uskim snopovima .• Ovako unaprijeđena beamforming tehnika imaće ključni značaj u pokrivanju malih ćelija na visokim učestanostima jer može kompenzovazati povećane gubitke usled propagacije

256QAM modulacija

Zaključak• Spektralna efikasnost današnjih 3G i LTE sistema približava se teoretskim

granicama, pa dalje poboljšanje mrežnih performasi zahtjeva izmjene u mrežnoj topologiji. Heterogene mreže se nameću kao atraktivan scenario za buduće LTE-Advance sisteme. Bazne stanice u malim ćelijama karakterišu se malom predajnom snagom, što omogućava njihov gust raspored i veću spektralnu efikasnost uz reuse frekvencija.

• Da bi se u potpunosti iskoristile mogućnosti koje pruža ovakva heterogena konfiguracija mreže neophodne su izmjene u standardnom postupku selekcije ćelije koji podrazumijeva povezivanja korisnika na onu baznu stanicu sa koje prima signal najveće snage. U te svrhe predložen je koncept proširenja servisne zone male ćelije. Osnovni problem koji sa sobom donosi primjena ovog koncepta jeste povećan nivo inter-ćelijeske interferencije.

• Heterogena mreža predstavlja ključnu ideju na kojoj će se bazirati i LTE izdanje 12. U ovoj verziji naglasak će biti na dalja unaprijeđenja performansi kroz implementaciju tzv. Fantom ćelija, MIMO sistema i primjenu naprednijih modulacionih šema i dinamičkog TDD-a.

Hvala na pažnji!

Pitanja?