Wpływ algorytmów dynamicznej alokacji kanałów na pojemność systemu UTRA/TDD

Piotr Końka, Marcin Golański Instytut Telkomunikacji Politechnika Warszawska, Warszawa Wpływ algorytmów dynamicznej alokacji kanałów na pojemność systemu UTRA/TDD W pracy przedstawiono analizę możliwości optymalnego wykorzystania zasobów radiowych oraz zbadano wpływ mechanizmów protekcji takich jak dynamiczne algorytmy alokacji kanałów DCA na dostępne zasoby sieci w systemie komórkowym III generacji - UTRA/TDD. Do badań wykorzystano symulator działania algorytmów DCA. Przeprowadzone pomiary pozwoliły oszacować w przybliżeniu maksymalną liczbę użytkowników w systemie dla modeli jedno i wielokomórkowych. Uwzględniono wpływ rozmiaru strefy granicznej pomiędzy komórkami oraz asymetrię podziału pasma dla komunikacji w górę i w dół w przypadku usług transmisji danych. 1. Wprowadzenie Wzrost popularności usług informacyjnych takich jak WWW czy e-banking oraz dynamiczny rozwój w dziedzinie komunikacji multimedialnej powoduje zapotrzebowanie na szybką transmisję danych. W sieciach telefonii komórkowej głównym ograniczeniem są dostępne zasoby radiowe. Dlatego dąży się do maksymalnego wykorzystania pasma. W standardzie UMTS dotyczącym m.in. sieci komórkowych III generacji przewidziano podział systemu na część naziemną i satelitarną. W Europie zakłada się wprowadzenie jedynie części naziemnej zwanej UTRA (ang. UMTS Terrestial Radio Access). Ze względu na wykorzystywane techniki radiowe można dokonać następującego podziału: FDD stosowana w pasmach komplementarnych (1920-1980 MHz i 2110-2170 MHz) i wykorzystująca dupleks częstotliwościowy FDD oraz technika szerokopasmowego wielodostępu kodowego W-CDMA. TDD stosowana w pasmach nie komplementarnych (1900-1920 MHz i 2010-2015 MHz), wykorzystująca dupleks czasowy TDD oraz technikę wielodostępu czasowo kodowego TD CDMA. Technikę FDD stosuje się w transmisji mowy, gdzie zachodzi symetria wykorzystania kanału abonent-abonent. Z drugiej strony przy transmisji danych technika ta może prowadzić do niesymetrycznego wykorzystania pasma (użytkownik wysyła pakiet zapytania i odbiera ciąg pakietów danych) dlatego w tym przypadku stosuje się tryb TDD. 2. Architektura systemu UTRA/TDD Architekturę systemu UTRA/TDD zaprojektowano z myślą o stosowaniu w środowisku mikro i piko komórek (tereny miejskie, wieżowce). Dużą uwagę skupiono na scentralizowaniu jednostek zarządzania siecią RNC (ang. Radio Network Control) aby ułatwić kontrolę nad jej zasobami. Sieć UTRA/TDD budową przypomina GSM. Wyróżniamy w niej rdzeń sieci CN (ang. Core Network), do którego podłączone są sieci dostępowe. Rolę sterownika stacji bazowych pełni kontroler sieci radiowej RNC (ang. Radio Network Controler). Przykładowe struktury przedstawiono na rysunku 1. Scentralizowane RNC stosuje się dla sieci na małych obszarach (np. wewnątrz budynków) i przy niewielkiej ilości stacji bazowych

Struktura rozproszona przewidziana jest na rozległe obszary o dużej ilości stacji bazowych. Rdzeń Sieci Rdzeń Sieci RNC RNC B B RNC B B B B B B B B B B Kontroler radiowy sieci Stacje bazowe struktura zdecentralizowana Rys. 1. Rodzaje struktur w sieci UMTS/TDD. struktura scentralizowana W architekturze przyjęto następujące koncepcje: koncepcja wiązek koncepcja stref Koncepcja wiązki zakłada system komórkowy z ograniczoną liczbą zdalnych anten RAU (ang. Remote Antena Units) podłączonych do kontrolera sieci radiowej RNC (ang. Radio Network Controller). - Rysunek 2. Pęk komórek takiej struktury może być użyty np. do pokrycia piętra w budynku lub grupy ulic. W tym przypadku łącze RNC-RAU może być kablem optycznym przenoszącym sygnały radiowe. Nadajniki mogą być umieszczone na poziomie RNC [1]. RNC RNC wiązka komórek strefa Rys. 2. Koncepcja wiązki. Pomiędzy jednostkami RAU (wewnątrz pęku) konieczne jest zastosowanie szybkiej sygnalizacji, umożliwiającej sprawną alokację zasobów. Wszystkie jednostki RAU muszą być zsynchronizowane. RAU posiadają kompletne, uaktualniane non-stop, informacje o używanych zasobach oraz mocy nadajników dla każdego kanału. Centralizacja na poziomie RNC pozwala na użycie quasi optymalnych algorytmów alokacji zasobów i zarządzania. W klasycznym systemie komórka widziana jest jako jednostka obszaru. Granica pomiędzy dwiema komórkami nigdy nie jest linią. Zazwyczaj jest to obszar gdzie stacja ruchoma może być obserwowana przez dwie stacje bazowe. Mikro i pikokomórki na zurbanizowanym terenie lub w budynkach nie tworzą regularnego pokrycia. Prowadzi to do zachodzenia i nakładania się na siebie

zasięgów w miejscach, gdzie sygnał stacji ruchomej jest odbierany przez więcej niż jedną stację bazową. Rozwiązaniem problemu nakładania się zasięgów jest koncepcja stref pokrywających. Strefa (ang. zone) to obszar, który jest pokryty jednakowo przez jedną lub wiele jednostek RAU. Koncepcję stref przedstawiono to na Rysunku 3. Rys. 3. Nakładanie się obszarów pokrycia stacji bazowych. 3. Algorytm dynamicznej alokacji kanałów DCA Procedury takie jak dynamiczna alokacja kanałów DCA (ang. Dynamic Channel Allocation), zostały zaimplementowane wyłącznie na potrzeby opisywanego systemu (DCA nie jest wykorzystywany w trybie FDD) [15]. W trybie UTRA/TDD kanał fizyczny zdefiniowany jest przez kombinację 3 parametrów: częstotliwości, szczeliny czasowej i kodu rozpraszającego. Aby wykorzystać ekonomicznie pasmo oraz zminimalizować czynniki zakłócające (np. interferencje) potrzebne są określone sposoby alokacji zasobów. Wyróżniono dwa rodzaje algorytmów alokacji kanałów [1],[5],[15]: wolna dynamiczna alokacja kanałów (ang. slow DCA) szybka dynamiczna alokacja kanałów (ang. fast DCA) Obydwa algorytmy są wykorzystywane jednocześnie. Fast DCA zaimplementowano w stacjach bazowych, slow DCA w kontrolerach sieci radiowej RNC. Miejsce implementacji algorytmów związane jest z ich funkcjonalnością. Głównym zadaniem slow DCA jest alokacja zasobów (szczelin czasowych w ramkach) dla komórek. W systemie UTRA/TDD stacje bazowe wykorzystują wspólne pasmo częstotliwości stąd przy ograniczonej liczbie kodów rozpraszających OVSF (maks. do 16) użytkownicy używający tego samego kodu w sąsiednich komórkach zakłócaliby się wzajemnie. Aby uniknąć silnych interferencji slow DCA przesyła (via RNC) do każdej ze stacji bazowych listę preferowanych szczelin w ramce 10ms (podstawowej dla UTRA/TDD). W ten sposób każdemu z użytkowników przesyłających dane w określonych szczelinach czasowych przypisany jest inny kod rozpraszający OVSF. Przy slow DCA obowiązują następujące reguły: 1) W zależności od specyfiki ruchu szczeliny czasowe w transmisji "w górę" lub "w dół" są wyznaczane dynamicznie. 2) W celu adaptacji ruchu napływającego do komórek szczeliny czasowe są przyporządkowywane dynamicznie (na skali czasu). Użytkownicy interferujący umieszczani są tym samym w różnych szczelinach czasowych. Zadaniem fast DCA jest alokacja dla każdej jednostki RU (ang. Resource Unit) pojedynczych kanałów fizycznych i kanałów wieloramkowych. Alokacja kanałów odbywa się na podstawie listy preferowanych szczelin czasowych przekazanej przez slow DCA. Dla algorytmu fast DCA można wyróżnić zbiór podstawowych zasad działania: 1) Podstawową jednostką alokacji jest RU - przydział użytkownikowi kombinacji jednego kodu, szczeliny i częstotliwości. 2) Dla dużych przepływności istnieje możliwość alokacji w pojedynczym kanale fizycznym: a) Kilku kodów w jednej szczelinie czasowej (ang. multi-code) b) Kilku szczelin w jednej ramce dla pojedynczego kodu (ang. multi-slot) c) Kilku kodów i kilku szczelin (ang. multi-code-slot)

3) Maksymalna liczba kodów w jednej szczelinie czasowej zależy od charakterystyki kanału i wpływu otoczenia. Przyjmuje się, że optymalnym rozwiązaniem jest 8 kodów. 4) Przydział kanałów zależy od rodzaju usługi: a) Dla usług czasu rzeczywistego RT (ang. real-time) kanały są alokowane na cały czas trwania. Ponadto możliwa jest ponowna alokacja kanałów przez DCA dla źródeł ze zmienną przepływnością VBR (ang. Variable Bit Rate). b) Dla pozostałych usług NRT (ang. non real-time) kanały są alokowane jedynie na okres przesyłania określonej porcji danych (pakietu). Liczba kanałów przydzielanych dla usług NRT jest zmienna i zależy od zasobów dostępnych w danej chwili. Istnieje możliwość przyjmowania priorytetów dla poszczególnych typów usług. 5) Zbyt duży poziom interferencji może wywołać ponowną alokację zasobów. 6) W przypadku usług wymagających kanałów wieloramkowych lub wieloszczelinowych dochodzi do przetasowania i dużego rozdrobnienia zasobów. Aby temu zapobiec wybierane są wolne szczeliny czasowe lub szczeliny o najmniejszej liczbie kodów. Następnie kanały są ponownie alokowane. Status zasobów dla każdej stacji bazowej zapisywany jest w unikalnej matrycy zarządzania zasobami. Jest to szczególnie ważne na granicy między komórkami, w strefie, gdzie sygnały od stacji bazowych mogą interferować. Dlatego zdefiniowano jednostki SRU (ang. Soft Resource Unit), które tworzone są przez wyznaczone dla strefy szczeliny czasowo-częstotliwościowe i jednostki antenowe RAU - każda od określonej stacji bazowej [1],[2]. W szczelinie czasowej można użyć do 8 kodów OVSF. Jeśli liczba kodów OVSF w szczelinie czasowej jest mniejsza niż 8 to SRU nadawany jest status - wolny. W przeciwnym wypadku SRU ma status używany. Kanał kodowy w szczelinie czasowo-częstotliwościowej definiuje zasób jednostki RU (ang. Resource Unit). Powyższe rozwiązanie pomaga zapobiec zbyt dużemu poziomowi interferencji w obszarze strefy. 4. Symulacja algorytmów DCA W celu oszacowania wydajności algorytmów DCA posłużono się aplikacją - symulatorem systemu UTRA/TDD. Przyjęto szereg warunków początkowych. Założono pasmo o szerokości 5 MHz, co umożliwia transmisję danych w 15 szczelinach czasowych używając maksymalnie 16 kodów OVSF w każdej ze szczelin. Ze względu na wymagania dotyczące jakości transmisji (bitowa stopy błędów BER na poziomie 10-6 ) niezbędne było utrzymanie odpowiedniego stosunku sygnał/szum SNR (ang. Signal to Noise Ratio). W praktyce oznaczało to zmniejszenie o połowę wykorzystania pasma, co powoduje ograniczenie ilości dostępnych kodów w szczelinie czasowej o 50%. Dlatego też przyjęto, że alokacja maksymalnie 8 kodów OVSF na szczelinę zapewnia odpowiedni stosunek SNR. [4] W celu uniknięcia dodatkowych interferencji założono, że punkt przełączania SP (ang. switch point), zdefiniowany jako granica rozdzielająca szczeliny dla transmisji wgórę od szczelin dla transmisji w dół w pojedynczej ramce, jest jednakowy dla wszystkich komórek. Uniemożliwia to występowanie sytuacji w której w sąsiednich komórkach dana szczelina będzie alokowana w różnych kierunkach powodując zakłócenia. Punkt ten może być zmieniany przez wybór parametrów symulatora, arbitralnie dla całego systemu na czas symulacji. Aby zapewnić poprawne funkcjonowanie systemu wszystkie stacje bazowe powinny być zsynchronizowane. Dlatego w programie założono, że warunek ten jest spełniony. Przyjęto ponadto, że kody OVSF i szczeliny czasowe są przydzielane użytkownikom na czas połączenia (transmisja ciągła), po zakończeniu transmisji kod może być użyty przez inny terminal. Lokalizacja użytkowników na całym obszarze jest definiowana rozkładem równomiernym, a dostępne prędkości transmisji mogą wynosić odpowiednio 12.2, 64, 144, i 384 kb/s. Cała sygnalizacja odbywa się w szczelinie nawigacyjnej o numerze 0, dedykowanej dla kanałów synchronizacyjnych i kanałów kontrolnych, dlatego też nie jest ona brana pod uwagę przy transmisji danych.

5. Wpływ wielkości strefy granicznej na pojemność systemu W systemie wielokomórkowym dla poprawnego zarządzania zasobami niezbędny jest algorytm DCA. Na granicy pomiędzy dwoma lub więcej komórkami, w tzw. strefie, sygnały ze wszystkich stacji bazowych nakładają się na siebie. Zadaniem algorytmu DCA jest alokacja zasobów tak aby zminimalizować interferencje międzykomórkowe w systemie. Stacje ruchome znajdujące się w strefie blokują na czas nadawania danych określoną szczelinę tak, że mogą z niej korzystać jedynie inne stacje ruchome, należące do tej samej stacji bazowej. Dzieje się tak dlatego, że kody rozpraszające przyporządkowywane przez różne stacje bazowe nie muszą być wzajemnie ortogonalne. Powoduje to chwilowe zmniejszenie zasobów radiowych dla określonych stacji bazowych. Badając wpływ wielkości strefy na pojemność systemu obserwowano maksymalny dozwolony stopień koncentracji dla stacji bazowych na określonym obszarze (przy założonej blokadzie systemu 2%) oraz średnia liczbę jednocześnie w systemie. Ze względu na duże znaczenie położenia punktu przełączenia w ramce, założono symetryczny podział pasma w dół i w górę. Na potrzeby symulacji stworzono 5 grup użytkowników. W pierwszej grupie znaleźli się użytkownicy o różnych możliwościach transmisyjnych. Przyjęto następujący rozkład (w procentach): 50% - nadaje i odbiera z prędkością 12.2 kb/s 30% - nadaje i odbiera z prędkością 64 kb/s 15% - nadaje i odbiera z prędkością 144 kb/s 5% - nadaje i odbiera z prędkością 384 kb/s Druga grupa to użytkownicy, którzy nadają i odbierają z prędkością 12.2 kb/s. Następnie odpowiednio trzecia grupa - 64 kb/s, czwarta - 144 kb/s oraz piąta - 384 kb/s. Dodatkowo przyjęto następujące parametry : promień piko komórki - 100m max. możliwa liczba użytych kodów rozpraszających 8 (ze względu na interferencje) ruch generowany przez jednego użytkownika - 0,03 Erl średni czas trwania połączenia - 120 s liczba komórek w systemie - 7 każda grupa jest badana osobno dla zasobów 7 komórek równomierny rozkład użytkowników na danym obszarze stopień koncentracji dla prawdopodobieństwa - 2% Aby zwiększać lub zmniejszać obszar strefy można zmieniać odległość stacji bazowych względem siebie, lub założyć stałą odległość stacji bazowych i poprzez ograniczenie mocy nadajnika zmieniać promień piko komórki, zachowując przy tym pokrycie dla całego obszaru. Dla uproszczenia pomiarów wprowadzono współczynnik oznaczający stosunek promienia komórki do odległości od stacji bazowej. Wartości współczynnika wynosząca 0.5 oznacza, że sąsiadujące komórki stykają się swoimi granicami bez zachodzenia na siebie (zanika strefa ). Natomiast wartość 1 oznacza, że granicy komórki przebiega przez sąsiednią stację bazową rysunek 4. strefa współczynnik =0.5 współczynnik =1 Rys. 4. Rozmiar obszaru strefy.

Na rysunku 5 przedstawiono wpływ wielkości strefy na maksymalną. liczbę użytkowników na określonym obszarze przy założonym stopniu koncentracji. Jak wspomniano wyżej utrzymano stały podział obszaru na 7 komórek. Badania prowadzono osobno dla każdej z grup użytkowników. Wpływ wielkości strefy "zone" na liczbę użytkowników/obszar 6000 Liczba użytkowników 5000 4000 3000 2000 1000 0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Promień komórek/odległość BS GRUPA I GRUPA II GRUPA III GRUPA IV GRUPA V Rys. 5. Wpływ wielkości strefy na liczbę użytkowników na obszar. Możemy zaobserwować wyłączenie algorytmu DCA w przypadku zaniku strefy (stosunek promienia komórki do odległości do stacji bazowej mniejszy bądź równy 0.5). Ogólnie im obszar strefy jest większy, a więc obejmuje większą liczbę użytkowników, tym przyjęty do projektowania systemu stopień koncentracji musi być mniejszy. Potwierdza to również badanie średniej ilości użytkowników alokowanych jednocześnie w systemie. Wyniki przedstawiono na rysunku 6. Wpływ wielkości strefy "zone" na średnią liczbę Liczba użytkowników 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Promień komórek/odległość BS GRUPA I GRUPA II GRUPA III GRUPA IV GRUPA V Rys. 6. Wpływ wielkości strefy na średnią liczbę. 6. Wpływ asymetrii podziału pasma na pojemność w modelu jednokomórkowym Wpływ położenia punktu przełączania na pojemność systemu badano dla połączeń w typowej transmisji danych (np. korzystanie z WWW). Usługi tego typu charakteryzują się dużo większą

przepływność w łączu "w dół" niż "w górę". Użytkownik wysyła krótkie zapytania i otrzymuje duże bloki danych. Przyjęto następujące założenia: w łączu "w dół" 3 możliwe są następujące prędkości transmisji: 64 kb/s, 144 kb/s, 384 kb/s w łączu "w górę" transmisja odbywa się z prędkością 12.2 kb/s ruch przypadający na jednego użytkownika - 110 merl średni czas połączenia 10 min. (krótszy niż w przypadku telefonii stacjonarnej ze względu na większe koszty). maksymalna możliwa liczba użytych kodów rozpraszających 8 (ze względu na interferencje) Przy analizie rozpoczęto pomiary od maksymalnego możliwego asymetrycznego podziału pasma. Jedna szczelina czasowa została zarezerwowana na transmisję w górę (12.2 kb/s), pozostałych 13 szczelin na transmisję w dół (punkt przełączenia równy 2). Należy również uwzględnić fakt, że pierwsza szczelina rezerwowana jest zawsze dla synchronizacji. Poniżej, w tabeli 1 zamieszczono wyniki. Badania prowadzono oddzielnie dla trzech grup użytkowników (nigdy nie mogą wystąpić w systemie 2 lub 3 grupy jednocześnie): wszyscy nadają z prędkością 12.2 kb/s i odbierają z prędkością 64 kb/s wszyscy nadają z prędkością 12.2 kb/s i odbierają z prędkością 144 kb/s wszyscy nadają z prędkością 12.2 kb/s i odbierają z prędkością 384 kb/s Dysproporcja ruchu (1:13) Liczba użytkowników Średnia liczba jednocześnie Prawdopodobieństwo 64 kb/s 12 1,3 2% 144 kb/s 12 1,24 2% 384 kb/s 12 1,29 2% Tab. 1. Alokacja użytkowników dla punktu przełączenia równego 2. Zaobserwowano brak pełnego wykorzystania łącza w dół ze względu na blokowanie się transmisji w łączu w górę 12.2 kb/s (szczególnie w przypadku 64 kb/s). Jedna szczelina czasowa nie wystarcza dla transmisji w górę. Przy założeniu interferencji na poziomie 3dB, może w niej nadawać równocześnie tylko 8 użytkowników. Stąd maksymalny możliwy stopień koncentracji przy blokadzie 2% pozwala na umieszczenie w systemie tylko 12 użytkowników. Ponieważ nie jest to zadawalający wynik, dlatego kolejnym krokiem było zmniejszenie dysproporcji podziału pasma, tak aby zwiększyć pojemność łącza w górę. W tabeli 2 umieszczono wyniki dla punktu przełączenia równego 3. Dysproporcja ruchu (2:12) Liczba użytkowników Średnia liczba jednocześnie Prawdopodobieństowo 64 kb/s 37 3,95 2% 144 kb/s 30 3,2 2% 384 kb/s 12 1,29 2% Tab. 2. Alokacja użytkowników dla punktu przełączenia równego 3. Zwiększenie pojemności łącza w górę odblokowało system. Zaobserwowano możliwość większego stopnia koncentracji przy blokadzie 2% dla użytkowników odbierających dane z prędkością 64kb/s i 144kb/s. Niestety asymetrię podziału zasobów zmniejszono kosztem łącza w dół, stąd liczba użytkowników odbierających dane z największą prędkością (384 kb/s) nie zmieniła się (łącze "w dół" będzie blokowało się dla 384kb/s). Zyskano jednak większa liczbę użytkowników dla pozostałych, mniejszych prędkości transmisji. Analizując dalej zmniejszono jeszcze o jedną

szczelinę asymetrie podziału zasobów. Punkt przełączenia wynosił 4. Wyniki umieszczono w tabeli 3. Dysproporcja ruchu (3:11) Liczba użytkowników Średnia liczba jednocześnie Prawdopodobieństwo 64 kb/s 64 6,9 2% 144 kb/s 25 2,63 2% 384 kb/s 7 2,46 2% Tab. 3. Alokacja użytkowników dla punktu przełączenia równego 4. W tym przypadku można zaobserwować nasycenie się kanałów w łączu "w dół" dla dużych prędkości transmisji 144kb/s i 384kb/s. Liczba możliwych użytkowników tego typu w systemie gwałtownie zmalała. Zyskujemy jednak na liczbie użytkowników odbierających dane z prędkością 64kb/s. Analizując powyższe wyniki można zaobserwować, jak ważne przy projektowaniu sieci UTRA/TDD jest właściwe oszacowanie podziału użytkowników pod względem zapotrzebowania na pasmo. Poniżej przedstawiono wyniki symulacji (rysunek 7) dla wybranego modelu podziału użytkowników, w którym wyodrębniono 3 grupy: 60% - użytkownicy nadający z prędkością 12.2 kb/s a odbierający 64 kb/s 35% - użytkownicy nadający z prędkością 12.2 kb/s a odbierający 144 kb/s 5% - użytkownicy nadający z prędkością 12.2 kb/s a odbierający 384 kb/s Liczba użytkowników w zależności od asymetri podziału pama Liczba użytkowników 40 35 30 25 20 15 10 5 0 SP - 1/13 SP 2/12 SP 3/11 SP 4/10 Asymetria podziału pasma Rys. 7. Wpływ asymetrycznego podziału pasma na liczbę użytkowników. Największą pojemność systemu osiągnięto przy założeniu 3 szczelin dla transmisji w górę i 11 dla transmisji w dół. 7. Wpływ asymetrii podziału pasma na pojemność w modelu wielokomórkowym Podobnie jak w przypadku sieci jednokomórkowej analizę rozpoczęto od maksymalnego możliwego asymetrycznego podziału pasma. Jedna szczelina czasowa została zarezerwowana na transmisję w górę (12.2kb/s), pozostałych 13 szczelin na transmisję w dół. Otrzymane wyniki potwierdziły poprawność analizy dla systemu jednokomórkowego. Z uwagi na to, że w rzeczywistych warunkach nigdy nie można wykluczyć obszaru na pograniczu dwóch komórek, w symulacjach konieczne było uwzględnienie działania algorytmu DCA. Pozwoliło to na ograniczenie interferencji międzykomórkowych kosztem zmniejszenia zasobów sieci. Stąd dla założonej struktury 7 komórkowej nie otrzymano wielokrotności wyników ze struktury jednokomórkowej. Przyjęto promień komórki 105m a odległość między stacjami bazowymi 200m. Pozwoliło to na

zminimalizowanie wielkości obszarów strefy. W tabeli 4 zamieszczono wyniki pomiarów pojemności systemu w zależności od przepływności oraz asymetrii alokacji zasobów. SP 1/13 Liczba użytkowników Średnia liczba jednocześnie Prawdopodobieństwo 64 kb/s 68 7,19 2% 144 kb/s 68 7,21 2% 384 kb/s 60 6,39 2% SP- 2/12 Liczba użytkowników Średnia liczba jednocześnie Prawdopodobieństwo 64 kb/s 180 19,19 2% 144 kb/s 125 13,45 2% 384 kb/s 75 7,99 2% SP 3/11 Liczba użytkowników Średnia liczba jednocześnie Prawdopodobieństwo 64 kb/s 390 41,44 2% 144 kb/s 146 15,73 2% 384 kb/s 55 4,81 2% Uwaga: SP 1/ 13 oznacza asymetryczny podział na 1 szczelinę dla transmisji w górę i 13 szczelin dla transmisji w dół. Tab. 4. Alokacja użytkowników dla różnych punktów przełączenia i szybkości transmisji danych w łączu "w dół". Podobnie jak w przypadku sieci jednokomórkowej można zaobserwować, że zbyt małe zasoby w łączu "w górę" (1 szczelina czasowa) ograniczają znacząco liczbę użytkowników. Natomiast zmniejszenie asymetrycznego podziału pasma (3 szczeliny "w górę" i 11 "w dół") powoduje ograniczenie liczby użytkowników odbierających dane z prędkością 384kb/s. Dodatkowe ograniczenia pojemności systemu wprowadza opisywany wcześniej algorytm DCA, który komplikuje proces wymiarowania sieci. W systemie trzeba właściwe oszacować nie tylko ilościowy podział użytkowników pod względem wielkości transmisji ale również uwzględnić wpływ interferencji międzykomórkowych. Dla założonego wcześniej modelu podziału użytkowników zbadano ponownie pojemność systemu. Wyniki przedstawiono na rysunku 8. Liczba uż ytkow ników w zależ noś ci od asymetri podziału pama Liczba użytkowników 250 200 1 50 1 00 50 0 SP - 1 /1 3 SP 2/1 2 SP 3/11 SP 4/1 0 Asymetria podziału pasma Rys. 8. Wpływ asymetrycznego podziału pasma na liczbę użytkowników. Zaobserwowano, podobnie jak w przypadku sieci jednokomórkowej, że dla przyjętego modelu użytkowników optymalnym rozwiązaniem będzie podział na 3 szczeliny "w górę" i 11 "w dół". Ze względu na ograniczenia związane z interferencjami międzykomórkowymi wyniki nie są wielokrotnością rezultatów otrzymanych dla systemu jednokomórkowego.

8. Podsumowanie W pracy przedstawiono wyniki badań nad wpływem algorytmów dynamicznej alokacji kanałów DCA na pojemność systemu komórkowego. Do symulacji wykorzystano aplikację stworzoną od podstaw, co pozwoliło na swobodny wybór parametrów dla pomiarów. Analizując sprawność algorytmów zmieniano zarówno wielkość strefy granicznej (w przypadku modelu wielokomórkowego) jak i regulowano położenie punktu przełączenia w ramce transmisyjnej. Uzyskano w ten sposób różne warunki asymetrii dla kanałów transmisyjnych w górę i w dół. Otrzymane rezultaty pozwoliły jednoznacznie stwierdzić jak ważnym zagadnieniem jest planowanie systemu pod kątem różnych zapotrzebowań użytkowników na pasmo radiowe. Jednocześnie autorzy starali się znaleźć optymalne warunki działania algorytmów DCA dla transmisji w sieciach komórkowych. Przedstawione wyniki stanowią część większej pracy prowadzonej nad nowymi systemami teletransmisyjnymi w standardzie UTRA. Literatura 1. Ph.Godlewski Dynamic Resource Allocation For Packet Transmission In UMTS TDD Systems http://www.infres.enst.fr marzec 2001 2. Ph.Godlewski Resource Allocation for Integrated Voice/WWW Traffic in UMTS TDD Systems http://www.infres.enst.fr marzec 2001 3. K.Wesołkowski Systemy radiokomunikacji ruchomej WKiŁ Warszawa 1998 4. NOKIA 3G System Training skrypt Nokia Networks 2000. 5. Tapan Ristaniemi System Simulator for UTRA TDD skrypt University of Jyvakyla Dep. of Matematical Information Technology, Nokia group 2000 http://www.infres.enst.fr marzec 2001 6. K.Holley, T.Costelo The evolution of GSM Data Towards UMTS GSM Word Congressss in Cannes, 1998, http://www.gsmdata.com marzec 2001 7. 3GPP, ETSI Physical layer Measurements (TDD), TS 125 25, grudzień 2000 8. 3GPP, ETSI Based station conformance testing (TDD),TS 125 142, grudzień 2000 9. 3GPP, ETSI Multiplexing and channel coding(tdd), TS 125 222, grudzień 2000 10. 3GPP, ETSI Physical channels and mapping of transport channels(tdd), TS 125 221, grudzień 2000 11. 3GPP, ETSI Radio Transmission and Reception(TDD), TS 134 122, grudzień 2000 12. M.Ruiz-Garcia Capasity Analysis of UTRA TDD Systems, Spain http://www.infres.enst.fr marzec 2001 13. Piotr Gajowniczek Rozwój standardów techniki UMTS, Przegląd Telekomunikacyjny nr.3/2001 14. ASILUM, Synthesis report of current status of standardisation of UMTS concerning the use of smart antennas, ITS-1999-10741 15. SMG2, Submission of Proposed Radio Transsmission Technologies, http://www.itut.int styczeń 2001 16. 3GPP, http://www.3gpp.org 17. Eneroth G. et al.: Applying ATM/AAL2 as Switching Technology in Third-Generation Mobile Access Networks, IEEE Communications Magazine, czerwiec 1999 18. M.Dąbrowski Telekomunikacja bezprzewodowa (systemy komórkowe) skrypt CITCOM- PW, Warszawa 1/1999 19. M.Dąbrowski Ewolucja systemów komórkowych-system trzeciej generacji, Przegląd Telekomunikacyjny nr 5/1999 20. Technical Migration of GSM to Third Generation Networks, dokument tg60.doc z serwera GSM MoU listopad 2000 21. Malcolm W.Oliphant Radio interfaces make the difference in 3G cellular systems, IEEE Communications Magazine, october 2000 22. "Time Slot Assignment Algorithms for SDMA/TDMA System Based on Estimated SINR" Yoshitaka Hara http://www.search.ieice.or.jp luty 2001

23. "Evaluation of Reserve Link Capacity of a DS-CDMA System with Power Control and Divercity Reception", Dugin, Hirohito Suda, http://www.search.ieice.or.jp luty 2001 24. "Analiza numeryczna szeregów czasowych" R.K.Otnes, L.Enochson, WNT 1978