Rambler's Top100
Статьи ИКС № 11 2009
Юхан БЕРГМАН  Дирк ГЕРШТЕНБЕРГЕР  Фредрик ГУННАРССОН  Штефан ШТРЁМ  10 ноября 2009

Сети HSPA Evolution: оценка реальной производительности

Непрерывно растущий спрос на услуги мобильного широкополосного доступа требует увеличения скоростей передачи данных и пропускной способности сот. Между тем показатели работы сети на практике зачастую недотягивают до цифр, заявленных в стандартах. Какие меры помогут ее увеличить?

 Сегодня в мире насчитывается свыше 300 млн абонентов WCDMA/UMTS. Более 60 млн из них – абоненты высокоскоростного пакетного доступа (HSPA), и это число ежемесячно увеличивается на 4 млн. Технология HSPA развернута в 100 странах более чем в 200 коммерческих сетях, 90% из которых составляют сети UMTS. Измерения показателей работы сетей во всем мире показывают, что объем пакетного трафика, передаваемого по технологии HSPA, стремительно растет: по этой технологии передается сейчас 70% трафика сетей UMTS.

На снижение пропускной способности сети влияют несколько факторов: неоптимальное расположение базовых радиостанций, потери при распространении сигнала (например, в результате прохождения через такие препятствия, как строения), потери в антенно-фидерных кабелях, а также неоптимальные углы наклона антенн и неверные параметры конфигурации. В результате показатели производительности отклоняются от теоретических максимально возможных значений, определенных 3GPP.


Имитационный комплекс для прогнозирования производительности 3GPP Rel. 7


Чтобы оценить показатели работы технологии HSPA Evolution в условиях, максимально приближенных к реальным, исследователи объединили подробные сведения о сети с универсальными и гибкими средствами имитации. В процессе оценки использовались модель сети, построенная в системе TEMS CellPlanner, реальные данные по трафику и прогнозируемые показатели, а также специальные средства имитации. Исследование проводилось на основании данных, полученных в крупнейшей городской сети в Западной Европе. Чтобы ограничить число изучаемых конфигураций, рассматривался только нисходящий канал. В качестве основы (3GPP Rel. 6) выступали мобильные терминалы с поддержкой модуляции 16QAM и приемниками GRAKE2 (тип 3). В более развитых мобильных терминалах использовалась модуляция 64QAM. Наиболее усовершенствованные терминалы поддерживали модуляцию 16QAM и технологию MIMO. Кроме того, они имели приемники GRAKE2+ (тип 3i) и обеспечивали компенсацию помех между сотами.


 В большинстве существующих HSPA-сетей применяются технология высокоскоростной пакетной передачи по нисходящему каналу (HSDPA) и функциональность EUL (Enhanced Uplink), стандартизированная в спецификации 3GPP Rel. 5 и 6. Однако в настоящее время все коммерческие сети развертываются на базе стандарта 3GPP Rel. 7, который благодаря модуляции более высокого порядка и поддержке конфигурации MIMO обеспечивает скорость передачи до 28 Мбит/с по нисходящему каналу и 11,5 Мбит/с по восходящему (см., например, «ИКС» № 7–8’2008, с. 89). Тем не менее развитие технологии HSPA на этом не останавливается. Дальнейшее повышение скорости передачи данных обещают стандарты 3GPP Rel. 8 и 9. В Rel. 8 в нисходящем канале максимальная скорость может достигать 42 Мбит/с, а в Rel. 9 – свыше 100 Мбит/с (рис. 1).

Система планирования сот была настроена на основе подробных сведений о сети, включая расположение сетевых узлов, значения высоты и ориентации антенн, а также углы наклона антенн. Помимо этого использовалась карта местности высокого разрешения с указанием высоты над уровнем моря, характера землепользования и детальных сведений о застройке. В имитационной модели рассматривался фрагмент сети, где около 50% площади занято строениями. В такой ситуации модель распространения сигнала позволила предсказать потери в передающем тракте на каждом участке. Благодаря снятым данным, по трафику удалось также спрогнозировать объем трафика в каждой соте, включая ожидаемое соотношение между объемами трафика внутри и вне помещений.


Модель загрузки трафиком высокоскоростных данных показывает вероятность передачи через базовую станцию в данной соте (коэффициент использования радиоинтерфейса). Этот коэффициент зависит от объема обслуживаемых каждой сотой данных и пропускной способности пользовательского устройства. Чем выше пропускная способность устройства, тем быстрее освобождаются буферы, что ведет к снижению коэффициента использования.


Объем трафика, обслуживаемого каждой сотой в течение часа (3600 с), рассчитывается следующим образом:


Например, если пропускная способность составляет 7 Мбит/с (начальная точка кривой 16QAM на рис. 3), а коэффициент использования 5%, может быть обслужено: 7 × 0,05 × 3600 = 1260 мегабит, или 0,16 Гбайт в час.


Данный объем – трафик, обслуживаемый одной сотой за час и выраженный в гигабайтах в час на соту, – служит для сравнения функций HSPA Evolution.


Сценарий низкой нагрузки


В начале развертывания технологии HSPA Evolution соответствующие методы будут использоваться в ограниченном объеме. Так, ожидается, что коэффициент использования радиоинтерфейса составит лишь 10%. Это означает, что в любой момент помехи будут создаваться небольшим числом соседних сот. Для построенной модели пользователя скорость передачи данных на большей части площади составляла 6–15 Mбит/с, а при использовании приемников с развитым функционалом (64QAM + MIMO + GRAKE2+) достигала на некоторых участках 30 Мбит/с.


При моделировании обнаружено, что по сравнению с базовой конфигурацией, где используется модуляция 16QAM и приемник GRAKE2, сочетание 64QAM и GRAKE2 обеспечивает значительный рост скорости на 20% анализируемой площади, а сочетание 16QAM + MIMO с приемниками GRAKE2+ – на 30% анализируемой площади (рис. 2).


Сценарий возрастающей нагрузки


Быстрый рост трафика данных HSPA в наиболее развитых сетях WCDMA создает значительную нагрузку в нисходящем канале HSPA и, как следствие, приводит к увеличению объема данных на каждую соту (и коэффициента использования). При росте нагрузки на соту средняя скорость передачи в нисходящем канале снижается (рис. 3).


По сравнению с сочетанием 16QAM + GRAKE2 сочетание 16QAM + MIMO + GRAKE2+ дает 30%-ный рост средней скорости передачи данных на всем диапазоне нагрузок. Кроме того, простое обновление программного обеспечения (не MIMO) с переходом от метода 16QAM к 64QAM приносит 8%-ный рост средней скорости передачи на всем диапазоне нагрузок.


Операторы могут воспользоваться повышенной производительностью конфигурации 16QAM + MIMO + GRAKE2+, чтобы увеличить пропускную способность сети и предоставлять услуги мобильного широкополосного доступа большему числу пользователей. Например, при средней скорости 7 Мбит/с в каждой соте можно обеспечить передачу данных в объеме 2,3 Гбайт в час. В эталонной модели это значение составляет лишь 0,2 Гбайт в час.


Особое внимание следует обратить на аспекты передачи внутри помещений. На самом деле б'ольшая часть абонентов пользуется мобильным широкополосным доступом в помещениях. Здесь зачастую условия распространения сигнала являются наихудшими. Другими словами, они соответствуют условиям на границах соты, хотя пользователь находится далеко от этих границ.


  


Прогноз производительности реальной сети на базе стандарта Rel. 7 показал, что технология MIMO обеспечивает 30%-ный прирост пропускной способности, выделяемой пользователю, во всем диапазоне нагрузок, а использование модуляции 64QAM является привлекательным промежуточным этапом. 

Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!
Поделиться: