U

S

D

۶

در جدول ۲-۱، D بیانگر زیر فریم مورد استفاده برای ارسال در جهت فروسو، U بیانگر زیرفریم مورد استفاده برای ارسال در جهت فراسو و S نیز زیر فریم مورد استفاده برای حالت­های بیان شده است.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

در این حالت ارسال در بخش فراسو و فروسو در حوزه­ زمان جدا می­ شود که در شکل ۲-۴ این پیکربندی نشان داده شده است]۶[:
شکل‏۲‑۴ ساختار فریم در حالتTDD ]6[
همانطور که از شکل ۲-۴ مشخص است، هر فریم در حالت TDD دارای دونیم فریم و هر نیم فریم نیز شامل پنج زیرفریم است. طول فریم TDD همانند FDD برابر ×۳۰۷۲۰۰ معادل ۱۰ میلی­ثانیه بوده و طول هر نیم فریم آن نیز برابر با ۵ میلی­ثانیه است.
تخمین کانال در شبکه ­های LTE مطابق با ]۷[ به پایلوت^[۲۶] در سمبل­های اطلاعات وابسته است. در نتیجه، بیشینه تاخیر انتشار که می ­تواند حدود ۱۱/۱۱ میکروثانیه به عنوان پایلوت فاصله در حوزه­ فرکانس تخمین زده شود. در LTE پایلوت­ها در همه سمبل­های OFDM ارسال نمی­ شود. سمبل­هایی که پایلوت­ها را حمل می­ کنند دارای فاصله­ی زمانی­ای برابر با ۴۲/۷۱*۴ میکروثانیه هستند که بر این اساس بیشینه گسترش داپلر که ی­تواند در تخمین کانال نوسان داشته باشد حدود ۵/۳کیلوهرتز است. بنابراین با درنظرگرفتن هردوی پایلوت­های حمل­کننده­ سیگنال، که پایلوت­ها در شرایط زیرحامل به تناوب کار کرده ­اند حدود ۲۲ میکروثانیه بدست می ­آید. در LTE بیشینه فرکانس آفست قابل نوسان برابر با + یا – ۴۵/۱۳ کیلوهرتز است.
با توجه به دو حالت فریم بیان شده، لازم به ذکر است که در این­پایان نامه مشابه با دیگر الگوریتم­های زمان­بندی از فریم حالت FDD استفاده شده است. علاوه بر این با توجه به اینکه در حالت TDD از تمام زیر فریم­ها برای ارسال در جهت فروسو نمی­ توان استفاده کرد و هدف در این پایان نامه ارسال در جهت فروسو است، لذا باعث می­ شود که در بعضی از زیرفریم­ها ارسالی صورت نگیرد و این عمل باعث افزایش تاخیر کاربران شود.
ساختار بلوک منبع
در ساختار فریم LTE کوچکترین واحد قابل تخصیص به کابران بلوک منبع نامیده می­ شود. بلوک منبع از۱۲ زیر حامل کنار هم به عنوان یک واحد در حوزه­ فرکانس و ۷ سمبل OFDM در حوزه­ زمان تشکیل شده است. با توجه به این­که در یک فریم ۲۰ بلوک منبع وجود دارد لذا یک فریم شامل ۱۴۰ سمبل زمانی OFDM بوده و تعداد زیرحامل­ها در حوزه­ فرکانس نیز وابسته به تعداد بلوک منابع قرار گرفته وابسته به پهنای باند در حوزه­ فرکانس متغیر است]۷[. شکل۲-۵ نشان­دهنده یک بلوک منبع و زیرحامل­ها و سمبل­های OFDM تشکیل­دهنده آن است:

شکل‏۲‑۵ ساختار یک بلوک منبع
لایه­ی فیزیکی
لایه­ی فیزیکی در شبکه­ LTE در بخش انتقال فروسو، از ایستگاه مبنا تا کاربر و در بخش فراسو، از کاربر تا ایستگاه مبنا را شامل می­باشد. این لایه داده و اطلاعات کنترلی را بین ایستگاه مبنا و کاربر حمل می­ کند. لایه­ی فیزیکی از تکولوژی­های پیشرفته شاملOFDM^[27]و MIMO^[28]که در شبکه­ سلولی جدید کاربرد دارد، استفاده می­ کند. به علاوه لایه­ی فیزیکی از دسترسی OFDMA^[29]در جهت فروسو و SC-FDMA^[30]در جهت فراسو استفاده می­ کند. OFDMA به علت PAPR^[31] زیادی که تولید می­ کند نمی­تواند در جهت فراسو استفاده شود، زیرا در این­صورت تمام دستگاه­های مورد استفاده باید در رنج وسیعی دارای تقویت­کننده­هایی به صورت خطی، باشند. این موضوع افزایش هزینه در دستگاه­های موبایل را در پی دارد. به همین علت از مدولاسیون SC-FDMA به علت اینکه PAPR زیادی تولید نمی­کند، در جهت فراسو استفاده می­ شود]۸[.
روش دسترسی OFDMA
همانطور که بیان گردید، در شبکه ­های LTE در جهت فروسو از روش دسترسی استفاده می­ شود. در روش دسترسی OFDMA زیرحامل­ها به صورت پویا به کاربران مختلف تخصیص داده می­ شود. مدولاسیون OFDMA دارای دو ویژگی مهم می­باشد]۹[:
اولین ویژگی این مدولاسیون، ایجاد مقاومت شبکه در برابر نویز و محو شدگی است زیرا اگر در زیرکانالی تداخل و یا محوشدگی ایجاد شود، به راحتی می ­تواند زیرکانال دیگری که دچار محوشدگی و یا تداخل نباشد، به کاربر اختصاص دهد.
افزایش ظرفیت، دومین ویژگی این مدولاسیون است. اگر هر کاربر تعدادی زیرحامل مخصوص به خود و بدون تغییر داشته باشد، بعد از تصرف همه­ زیرحامل­ها دیگر سیستم نمی­تواند کاربر جدیدی را بپذیرد، حتی اگر هیچ یک از کاربران قبلی در حال استفاده از پهنای باند نباشند. اما در OFDMA با توجه به این­که زیرحامل­ها به صورت شناور به کاربران تخصیص داده می­شوند، امکان استفاده از پهنای باند برای کاربر جدید فراهم می­ شود. این همان مفهوم زیاد شدن ظرفیت را دارد. کاربردهایی که OFDMA در LTE دارد به صورت زیر است:
چندگانگی چند کاربره^[۳۲]
در LTE بلوک منابع همانطور که بیان شد، از گروه­هایی از زیر حامل­های کنار هم روی چندین سمبل تشکیل شده ­اند و به کاربران تخصیص می یابند. گروه زیر حامل­ها که برای ارسال اطلاعات به یک کاربر مورد استفاده قرار می­گیرند توسط روش تخصیص پیاده شده در ایستگاه مبنا انتخاب شده و ایستگاه مبنا نیز از فیدبک ارسالی توسط کاربر برای زمان­بندی گروه زیرحامل­ها استفاده می‌کند. در این روش گروه زیرحامل­ها به کاربران به صورت پیوسته تخصیص می­یابند. نحوه­ تخصیص به این صورت است که زیرکانالی(بلوک منبع در حوزه­ فرکانس که شامل ۱۲ زیر حامل بوده و پهنای باندی معادل ۱۸۰کیلوهرتز دارد) که کاربر در آن دارای بهترین شرایط است دو بلوک منبع را به صورت پیوسته به کاربر تخصیص می­دهد. در واقع در این روش بهترین کانال به هر کاربر برای ارسال اطلاعاتشان تخصیص می­یابد]۷[.
چندگانگی فرکانسی^[۳۳]
چندگانگی فرکانسی در واقع روشی برای تخصیص پراکنده­ی زیرحامل­ها به کاربر است که می ­تواند با نگاشت مناسب گروه زیر حامل­ها در زیر کانال­ها به کار گرفته شود. در این روش بلوک منابع به جای تخصیص پیوسته به صورت گسترش یافته به کاربر تخصیص می­یابد و هدفش نیز مقابله با محو شدگی است. در واقع این روش باعث عملکرد بهتر شبکه در تخصیص منابع می­ شود زیرا بلوک منابع را به کاربرانی که در بازه­ی زمانی ارسال کانال همبسته­ای ندارند به صورت گسترش یافته در زیرکانال­هایی که دارای بیشترین نرخ ارسال هستند، تخصیص می­دهد. با این عمل کاربر، در مقابل محو شدگی مقاوم می­ شود و نرخ ارسال شبکه نیز به علت تخصیص بلوک منبع در بهترین زیرکانال افزایش می­یابد. شکل ۲-۶ مثالی از روش تخصیص بلوک منابع به صورت چندگانگی فرکانسی را نشان می­دهد]۷[:
شکل‏۲‑۶ مثالی از نحوه­ تخصیص بلوک منابع در حالت چندگانگی فرکانسی]۷[
روش دسترسی SC-FDMA
در جهت فراسو در لایه­ی فیزیکی شبکه ­های LTE از مدولاسیون SC-FDMA استفاده می­ شود. SC-FDMA براساس مالتی­پلکسینگ تقسیم فرکانسی تک حاملی می­باشد. این روش ارسال دارای نسبت PAPR^[34] کمی است و این ویژگی باعث بهبود کارایی توان در مقایسه با OFDMA می­ شود]۱۰[. تفاوت این مدولاسیون با OFDMA در این است که در OFDMA یک تبدیل فوریه­ی گسسته انجام می­ شود ولی در SC-FDMA با انجام تبدیل فوریه­ی گسسته
باعث می­ شود که سمبل اطلاعات گسترش یافته و یک ساختار تک حاملی مجازی تولید شود. در نتیجه
SC-FDMA نسبت توان بیشینه به متوسط کمتری در مقایسه با OFDMA دارا می­باشد]۱۱[. این ویژگی باعث استفاده از SC-FDMA در جهت فراسو می­ شود. زیرا باعث کارایی توان ارسالی کاربران می­ شود]۱۲[.
کیفیت سرویس و کلاس‌های سرویس در LTE
در شبکه ­های LTE برای فرآهم آوردن کیفیت سرویس در میان کاربران و جریان­های ترافیکی مختلف، یک حامل^[۳۵] تعریف می­ شود که ویژگی هر جریان ترافیکی را بیان می­ کند. به هر حامل یک پارامتر به نام شناسه کلاس کیفیت سرویس^[۳۶] تخصیص می­یابد. پارامترهایی که QCI باید در مورد هر جریان اطلاعات در اختیار بگذارد شامل، کلاس سرویس، اولویت، حد تاخیر و نرخ از دست رفتن بسته می­باشد. انواع حامل­های تعریف شده در شبکه­ LTE متعلق به دو گروه اصلی شامل گروه ­های ضمانت­کننده­ نرخ بیت^[۳۷] و عدم ضمانت نرخ بیت^[۳۸] هستند]۱۳[. در ادامه­ این بخش این پارامترهای مربوط به کیفیت سرویس بیان خواهند شد.
مدل حامل
حامل، جزء اصلی مشخص­کننده­ کیفیت سرویس بوده و سطح مقیاس برای کنترل کیفیت سرویس نیز است. . جریان بسته^[۳۹] توسط یک فیلتر بسته شامل ۵ قسمت تعریف می­ شود. این فیلتر مطابق با شکل ۲-۷ مشخص می­ کند که جریان بسته به چه حاملی تعلق یافته است. با توجه به شکل ۲-۷ هر جریان بسته علاوه بر آدرس آی­پی که دارا است شامل سرباری هم است که شامل ویژگی­های ترافیکی این بسته بوده و این ویژگی­ها با توجه به نوع ترافیک به آن نگاشته شده است. این ویژگی­ها به صورتی است که تمام گره­های شبکه با دریافت این بسته متوجه ویژگی­های ترافیکی آن خواهند شد. این ویژگی­ها شامل پارامترهایی نظیر شناسایی­کننده­ کلاس کیفیت سرویس، بیشینه نرخ بیت، نرخ بیت ضمانت شده و اولویت نگهداری تخصیص است.
.
شکل‏۲‑۷ حامل و پارامترهای کیفیت سرویس اختصاص یافته [۱۴]
هر حامل فقط به یک QCI از طرف شبکه تخصیص می­یابد. دو نوع اصلی حامل با عناوین ضمانت­کننده­ نرخ بیت و عدم ضمانت­­ نرخ بیت­ وجود دارد. علاوه بر این دو مدل حامل اصلی دو مدل حامل دیگر به نا­م­های حامل­های پیش­فرض و اختصاصی نیز تعرف می­شوند. یک کاربر وقتی به شبکه متصل می­ شود یک حامل پیش­فرض برای انتقال اطلاعات کنترلی به آن تخصیص می­یابد و در تمام مدتی که کاربر به شبکه متصل است این حال نیز برقرار است. ولی زمانی که یک کاربر سرویسی مانند صفحات اینترنت یا ارتباط صدا برقرار کند یک حامل اختصاصی به آن تخصیص می­یابد. حامل اختصاصی با توجه به ترافیکی که حمل می­ کند می ­تواند از نوع ضمانت­کننده­ نرخ بیت یا عدم ضمانت نرخ بیت باشد ولی حامل پیش­فرض مطابق با استاندارد به عنوان یک حامل عدم ضمانت نرخ بیت در نظر گرفته
می­ شود.
کنترل نگاشته شدن جریان بسته­ها به حامل اختصاصی از طریق سیاست­های موجود در واحد PCRF قرار دارد انجام می­ شود]۱۴[.مدل حامل شامل چهار پارامتر کیفیت سرویس وابسته به بلادرنگ یا غیر بلادرنگ بودن سرویس به صورت زیر است:
QCI
تخصیص و نگه­د­اری اولویت^[۴۰]
نرخ بیت­های ضمانت­شده-مربوط به سرویس­های بلادرنگ
بیشینه نرخ بیت- مربوط به سرویس­های بلادرنگ
حامل­های ضمانت کننده­ نرخ بیت و عدم ضمانت نرخ بیت
دو نوع اصلی حامل­ها شامل حامل­های ضمانت­کننده­ نرخ بیت و حامل­های عدم ضمانت نرخ بیت هستند. حامل ضمانت­کننده­ نرخ بیت برای سرویس­های بلا­درنگ نظیر صدا و ویدئو مورد استفاده قرار می­گیرد. یک حامل ضمانت کننده­ نرخ بیت، حداقل پهنای باند که توسط شبکه رزرو شده است را دارا است. در واقع حاملی که به کاربر مشخصی مربوط است برای آن کاربر حداقل نرخ بیتی را که شبکه در اختیارش می­ گذارد، ضمانت می­ کند. همچنین حامل با کمترین رکود و نوسان جیتر که برای سرویس­های بلادرنگ مورد نیاز است، در شبکه ­های LTE تعریف شده است. علاوه بر این بیشینه نرخ بیت و نرخ بیت ضمانت شده برای این حامل­ها تعریف شده ­اند. این پارامترها بیشترین نرخ بیت را تعریف می­ کنند که برابر با نرخ بیتی است که به کاربر تعلق می­گیرد. نرخ بیت ضمانت شده نیز نرخ بیتی است که شبکه ضمانت می­ کند که برای کاربر فراهم کند. در استاندارد ۳GPP بیشینه نرخ بیت باید برابر با نرخ بیت ضمانت شده باشد.
حامل­های عدم ضمانت نرخ بیت، پهنای باند مشخصی در شبکه ندارند و برای سرویس­هایی نظیر دانلود فایل، ایمیل و آوردن صفحات اینترنت مناسب هستند. این نوع حامل وقتی بار ترافیکی شبکه بالا می­رود نرخ از دست رفتن بسته­شان افزایش می­یابد.
برای نشان دادن سطح کیفیت سرویس با جریان اطلاعات در نظر گرفته شده، هر حامل به یک شناسایی کننده­ کلاس کیفیت سرویس تعلق دارد که با تعریف چهار پارامتر به این صورت می­باشد: کلاس سرویس، اولویت، تاخیر مورد نظر و نرخ از دست رفتن بسته که در جدول ۲-۲ آمده است]۱۳[:
جدول‏۲‑۲ شناسایی­کننده­ کلاس کیفیت سرویس استاندارد شده برای LTE ]13[