4G Planning Tool

Mobile

mohammad-shirif
  • 1. 1الجمهـوريـة العربيــة الســـوريةالمعهد العالي للعلوم التطبيقية والتكنولوجياقسـم الاتصاالاتالعام الدراسي 2013/2014مشروع تخرجأعد لنيل درجة الإجازة في هندسة الاتصالاتأداة تخطيط الخلايا في الجيل الرابعLTE Cell Planning Toolتقديممحمَّد الش ـَّريفإشرافد.نزار زرقا د.أيمن السواح2/9/2014
  • 2. iالملخصسنقوم في هذا المشروع بتنجيز أداة تقوم بحساب عدد المحطات القاعدية ومساحة الخلية اللازمة لتحقيق متطلباتالتغطية والسعة في شبكات الجيل الرابع الخليوية. يتضمن تخطيط التغطية حساب ميزانية الوصلة لتحديد فقد المسار الأعظميالمسموح به ثم حساب مساحة الخلية بالاعتماد على نماذج الانتشار. بينما يتضمن تخطيط السعة دراسة نموذج الخدمة ونموذجالازدحام لحساب معدل النقل المطلوب من الشبكة الخليوية كما يتضمن حساب معدل النقل الذي يمكن تأمينه بخلية واحدة.AbstractIn this project, we are implementing a tool for calculating number of base stations required to meet LTE network coverage and capacity requirement. Coverage planning includes link budget analysis for calculating MAPL and then determining cell radius using RF propagation models. Capacity planning cares about service models and traffic models for calculating required throughput in the network, In addition, it is concerned with calculating cell throughput.
  • 3. iiجدول المحت وياتالملخص ...........................................................................................iAbstract .......................................................................................iجدول المحتويات ................................................................................... iiقائمة الأشكال ..................................................................................................................... viقائمة الجداول ..................................................................................................................... ixالاختصارات ...................................................................................................................... xiمقدمة عامة ......................................................................................................................xivالفال الأول ..................................................................................... 1مدخل إلى LTE وتخطيط الخلايا ............................................................................................... 1-1.1 الحاجة إلى LTE ................................................................................................................ 1-2.1 أهداف LTE...................................................................................................................... 2-3.1 بنية الشبكة LTE ................................................................................................................ 2-4.1 تقنيات الوصول المتعدد في LTE ............................................................................................ 3-1.4.1 التضميم بالتقسيم الترددي المتعامد OFDM ......................................................................... 3-2.4.1 تقنية OFDMA للوصول المتعدد على الوصلة الهابطة ............................................................ 6-3.4.1 تقنية SC-FDMA للوصول المتعدد على الوصلة الصاعد ة ........................................................ 7-6.1 أنماط الحوامل الفرعية ..................................................................................................... 11-7.1 انزياح دوبلر الأعظمي ..................................................................................................... 12-8.1 بنية كتلة الموارد RB Structure........................................................................................... 13-9.1 بنية الإطار Frame Structure ............................................................................................ 11-10.1 ملخص الخصائص المفتاحية في LTE .................................................................................. 11-11.1 إعادة الاستخدام الجزئي للتردد .......................................................................................... 16-12.1 طبقات شبكة الوصول الراديوي EUTRAN ............................................................................ 11-13.1 التنوع المكاني Spatial Diversity ....................................................................................... 11-1.13.1 تنوع الاستقبال Recieve Diversity ............................................................................... 11-2.13.1 تنوع الارسال Transmit Diversity .............................................................................. 22-1 تنوع الإرسال بطريقة الحلقة المغلقة ............................................................................... 22-14.1 التضميم المكاني Spatial Multiplexing................................................................................ 21-1.14.1 المبدأ العام للتضميم المكاني ....................................................................................... 21-2.14.1 الوصول المتعدد باستخدام التضميم المكاني .................................................................... 23-15.1 تشكيل حزمة الإشعاع Beamforming ................................................................................. 21-16.1 التعديل وترميز القناة المتكيف AMC ................................................................................... 21-17.1 السعة في الأنظمة الخليوية ............................................................................................... 26-18.1 أهداف تخطيط الشبكة الخليوية .......................................................................................... 26-19.1 مراحل التخطيط الخليوي ................................................................................................. 21-1.19.1 التخطيط الأولي Initial Planning................................................................................. 21-2.19.1 التخطيط التفصيلي Detailed Planning ......................................................................... 21
  • 4. iii-3.19.1 التخطيط الأمثل Optimized Planning........................................................................... 32الفال الثاني .................................................................................... 11ضبط أبعاد التغطية ............................................................................................................ 31-1.2 خطوات ضبط أبعاد التغطية ............................................................................................... 31-2.2 حساب ميزانية الوصلة الراديوية الهابطة DL RLB ..................................................................... 32-1.2.2 مدخلات ميزانية الوصلة الراديوية الهابطة DL RLB Inputs ................................................... 32-2.2.2 معاملات النظام System parameters ............................................................................ 33-1.2.2.2 نمط الازدواجية Duplex mode.............................................................................. 33-2.2.2.2 الحزم الترددية في LTE ( Operating Bands ) .............................................................. 31-3.2.2.2 عرض الحزمة الترددية للقناة Channel Bandwidth .................................................... 31-4.2.2.2 عدد كتل الموارد Number of RB ........................................................................... 36-5.2.2.2 عرض الحزمة الفعال وفعالية عرض الحزمة ............................................................. 36-6.2.2.2 نمط الازدحام Clutter Type ................................................................................. 37-7.2.2.2 نموذج القناة channel model ................................................................................ 37-3.2.2 خصائص المرسل ) eNodeB ) ...................................................................................... 31-1.3.2.2 نمط هوائي الإرسال في المحطة القاعدية .................................................................. 31-2.3.2.2 استطاعة الارسال للمحطة القاعدية .......................................................................... 31-3.3.2.2 ضياعات خطوط النقل ......................................................................................... 31-4.3.2.2 مضخم القمة TTA............................................................................................... 11-5.3.2.2 ربح الهوائي المرسل في المحطة القاعدية ................................................................. 12-6.3.2.2 استطاعة الإشعاع الآيزوتروبية المكافئة ................................................................... 13-4.2.2 خصائص المستقبل ) UE ) ............................................................................................ 13-1.4.2.2 استطاعة الضجيج الحراري .................................................................................. 13-2.4.2.2 رقم الضجيج لدارة الاستقبال Noise Figure ............................................................... 13-3.4.2.2 ضياع جسم الإنسان Body Loss.............................................................................. 11-4.4.2.2 ربح هوائي الاستقبال .......................................................................................... 11-5.4.2.2 نمط التعديل وترميز القناة على حدود الخلية Target Cell edge MCS ................................. 11-6.4.2.2 ربح تنوع الإرسال ............................................................................................. 11-7.4.2.2 ربح تنوع الاستقبال ............................................................................................ 16-3.2.2.2 أثر التضميم المكاني ........................................................................................... 16-8.4.2.2 معدل الخطأ في كتلة النقل BLER ............................................................................. 16-9.4.2.2 عدد كتل المخصصة للمشترك على حدود الخلية الموارد ............................................... 17أما في حالة التضميم المكاني SU-MIMO .) فنحصل على المنحنيات المبينة في )الشكل - 36 ...... 12-10.4.2.2 نسبة الإشارة إلى الضجيج والتداخل SINR المطلوبة .................................................... 11-11.4.2.2 ربح إعادة الإرسال الهجينة HARQ Gain ................................................................. 11-12.4.2.2 ربح وتأخير مضاعفة زمن الإرسال ...................................................................... 17-13.4.2.2 حساسية المستقبل ............................................................................................. 61-5.2.2 معاملات أخرى ....................................................................................................... 61-1.5.2.2 هامش الظل Shadowing Margin ........................................................................... 61-2.5.2.2 حمل الخلية و هامش التداخل ................................................................................. 62-3.5.2.2 ربح تشكيل الحزمة Beamforming ......................................................................... 63-4.5.2.2 هامش التنفيذ Implementation Margin ................................................................... 61-5.5.2.2 ربح الجدولة الترددية FDPS Gain ........................................................................... 61
  • 5. iv-6.5.2.2 هامش ضياع التغلغل Penetration Loss ................................................................... 66-7.5.2.2 ربح التسليم ...................................................................................................... 67-6.2.2 فقد المسار الأعظمي المسموح به على الوصلة الهابطة DL MAPL....................................... 67-3.2 حساب ميزانية الوصلة الراديوية الصاعدة DL RLB ................................................................... 67-1.3.2 معاملات النظام System parameters ............................................................................ 61-2.3.2 خصائص المرسل Transmitter parameters UE .............................................................. 61-1.2.3.2 استطاعة الارسال للجهاز النقال ............................................................................. 61-2.2.3.2 ربح هوائي الإرسال ........................................................................................... 61-3.2.3.2 ضياع جسم الإنسان Body Loss.............................................................................. 61-4.2.3.2 الاستطاعة الآيزوتروبية الفعالة المشعة: ................................................................... 61-3.3.2 خصائص المستقبل parameters eNB Receiver................................................................ 61-1.3.3.2 الضجيج الحراري .............................................................................................. 61-2.3.3.2 مضخم القمة TTA............................................................................................... 61-3.3.3.2 رقم الضجيج في المحطة القاعدية ........................................................................... 61-4.3.3.2 ربح هوائي الاستقبال .......................................................................................... 72-5.3.3.2 نمط التعديل والترميز .......................................................................................... 72-6.3.3.2 نسبة الإشارة إلى الضجيج والتداخل المطلوبة ............................................................. 71-7.3.3.2 حساسية المستقبل ................................................................................................ 72-4.3.2 معاملات أخرى ....................................................................................................... 72-1.4.3.2 هامش التداخل ................................................................................................... 72-5.3.2 فقد المسار الأعظمي المسموح به على الوصلة الصاعدة UL MAPL ......................................... 73-4.2 مثال على حساب ميزانية الوصلة ........................................................................................ 73-5.2 نموذج الانتشار الراديوي RF Propagation Model ................................................................... 71-1.5.2 نموذج الانتشار Okumura-Hata................................................................................... 76-1.1.5.2 تغيرات قطر الخلية مع التردد في نموذج الانتشار Okumura-Hata .................................. 77-2.1.5.2 تغيرات قطر الخلية مع فقد المسار الأعظمي المسموح به في نموذج Okumura-Hata ............ 77-3.1.5.2 تغيرات قطر الخلية مع ارتفاع المحطة القاعدية في نموذج الانتشار Okumura-Hata ............. 71-4.1.5.2 تغيرات قطر الخلية مع ارتفاع المحطة النقالة في نموذج الانتشار Okumura-Hata................ 71-2.5.2 نموذج الانتشار COST231-Hata ................................................................................... 71-1.2.5.2 تغيرات قطر الخلية مع التردد في نموذج الانتشار COST231-Hata ................................... 71-2.2.5.2 تغيرات قطر الخلية مع فقد المسار الأعظمي المسموح به في نموذج COST231-Hata............. 12-3.2.5.2 تغيرات قطر الخلية مع ارتفاع المحطة القاعدية في نموذج الانتشار COST231-Hata.............. 12-4.2.5.2 تغيرات قطر الخلية مع ارتفاع المحطة النقالة في نموذج الانتشار COST231-Hata ................ 11-6.2 حسابات التغطية: ............................................................................................................ 11-1.6.2 مساحة الخلية الأحادية Omni-Cell ................................................................................. 11-2.6.2 مساحة الخلية الثنائية Bi-sector Cell............................................................................... 12-3.6.2 مساحة الخلية الثلاثية Tri-sector Cell ............................................................................. 12-4.6.2 مساحة الخلية السداسية Six-sector Cell ........................................................................... 12الفال الثالث .................................................................................. 31ضبط أبعاد السعة .............................................................................................................. 13-1.3 خطوات ضبط أبعاد السعة ................................................................................................. 13-2.3 معدل النقل في الشبكة الخليوية Network throughput ............................................................... 13-1.2.3 نموذج الخدمة Service Model ..................................................................................... 11
  • 6. v-2.2.3 نموذج الازدحام Traffic Model .................................................................................... 16-3.2.3 حسابات معدل النقل في الشبكة الخليوية .......................................................................... 11-1.3.2.3 نسبة القيمة العظمى لمعدل النقل إلى معدل النقل على الحامل: ......................................... 11-2.3.2.3 معدل النقل الوسطي للمشترك: ............................................................................... 11-3.3 معدل النقل في الخلية Cell throughput ................................................................................. 11-1.3.3 معدل النقل على الطبقة MAC ....................................................................................... 11-2.3.3 العبء التحكمي على الوصلة الهابطة: ............................................................................ 12-1.2.3.3 عبء الإشارات المرجعية في الوصلة الهابطة Reference Signals Overhead ..................... 12-2.2.3.3 عبء إشارات التزامن Synchronization Signals Overhead .......................................... 12-3.2.3.3 عبء قناة البث الفيزيائية PBCH ............................................................................. 11-4.2.3.3 عبء قنوات التحكم الفيزيائية PHICH و PCFICH و PDCCH .............................................. 11-3.3.3 العبء التحكمي على الوصلة الصاعد ة ............................................................................ 12-1.3.3.3 عبء قناة التحكم على الوصلة الصاعدة PUCCH Overhead ........................................... 12-2.3.3.3 عبء الإشارات المرجعية على الوصلة الصاعد ة ........................................................ 12-3.3.3.3 عبء قناة الوصول العشوائي PRACH Overhead : ....................................................... 13-4.3.3 معدل النقل الوسطي للخلية على الطبقة MAC.................................................................... 13-5.3.3 معدل النقل الوسطي للخلية على الطبقة IP........................................................................ 11-4.3 حسابات السعة ............................................................................................................... 11الفال الرابع ................................................................................... 69التنفيذ العملي .................................................................................................................... 16-1.4 تخطيط التغطية .............................................................................................................. 16-1.1.4 معاملات النظام ....................................................................................................... 16-2.1.4 معاملات المحطة النقالة .............................................................................................. 17-3.1.4 معاملات المحطة القاعدية ........................................................................................... 17-4.1.4 معاملات أخرى ....................................................................................................... 11-5.1.4 بارامترات نموذج الانتشار .......................................................................................... 11-2.4 تخطيط التغطية .............................................................................................................. 11-1.2.4 نموذج الخدمة .......................................................................................................... 11-2.2.4 نموذج الازدحام ....................................................................................................... 11-3.2.4 معدل النقل في الشبكة .............................................................................................. 122-4.2.4 معدل النقل في الخلية ............................................................................................... 122-3.4 النتيجة النهائية ......................................................................................................... 121الخاتمة ......................................................................................... 201الملاحق ...................................................................................... 101الملحق أ ....................................................................................... 201تعاريف ومصطلحات ....................................................................................................... 121المراجع ........................................................................................ 201
  • 7. viقائمة الأشكالالشكل - 1- المخطط الصندوقي للمشروع ...................................................................... xivالشكل - 2 - مقارنة بين كمية المكالمات وكمية البيانات المتبادلة شهريا ا على الشبكة الخليوية ....................... 1الشكل – 3 – شكل مبسط يوضح البنية الهيكلية لشبكتي الجيلين الثالث والرابع ................................... 3الشكل - 4- تقنيات الوصول المتعدد في الجيل الرابع .............................................................. 3الشكل - 5- الحوامل المتعامدة في OFDM....................................................................... 4الشكل - 6 - المخطط الصندوقي لمرسل مستقبل OFDM على الوصلة الهابطة ................................... 5الشكل - 7 - تقسيم الموارد الزمنية والترددية في OFDMA........................................................ 6الشكل - 8 - توزع الرموز ضمن الحوامل الفرعية في OFDMA و SC-FDMA ................................. 8الشكل - 9 - المخطط الصندوقي لمرسل ومستقبل SC-FDMA على الوصلة الصاعدة ........................... 9الشكل - 11 – البادئة الدوارة في LTE ........................................................................ 11الشكل - 11 - توزع الرموز المرجعية على الوصلتين الهابطة والصاعدة ............................................ 11الشكل - 12 - أنماط الح وامل الفرعية في LTE ................................................................. 11الشكل - 13 - التداخل بين الحوامل ICI....................................................................... 11الشكل - 14 – بنية كتلة الموارد في حالتي البادئة الدوارة الطبيعية والموسعة ....................................... 13الشكل - 15 – بنية الإطار الراديوي في LTE.................................................................. 14الشكل - 16 – التداخل بين الخلايا ............................................................................ 16الشكل - 11 – تخفيض التداخل بين الخلايا بالتشاور بين الخلايا ............................................... 11الشكل - 18 - طبقات شبكة ال وصول الراديوي ................................................................. 18الشكل - 19 - تخفيض الخفوت باستخدام تنوع الاستقبال ....................................................... 19الشكل - 20 - تنوع الارسال بطريقة الحلقة المغلقة ............................................................... 11الشكل - 21 - تنوع الإرسال بطريقة الحلقة المفتوحة باستخدام ترميز Alamouti ................................ 11الشكل - 22 - المخطط الصندوقي لنظام التضميم المكاني 2x2 .................................................. 11الشكل - 23 - الوصول المتعدد بالتضميم المكاني على الوصلة الصاعدة .......................................... 13الشكل - 24 - تشكيل حزمة الإشعاع على الوصلة الهابطة ....................................................... 15الشكل - 16 – تخطيط التغطية والسعة لحساب عدد الخلايا .................................................... 19
  • 8. viiالشكل - 25 المراحل الأساسية في التخطيط الراديوي ............................................................ 19الشكل - 11 – خطوات ضبط أبعاد التغطية ................................................................... 31الشكل - 18 – نمط الازدواجية الترددية ونمط الازدواجية الزمنية ................................................. 33الشكل - 19 - عدد الحوامل الفرعية الذي يتيحه عرض الحزمة المختار ........................................... 36الشكل - 31 - ضياعات المغذي بدلالة التردد من أجل حالات مختلفة حسب قطر المغذي ومرونته .............. 41الشكل - 31 – موضع مضخم القمة وبنيته الداخلية ............................................................ 41الشكل - 31 - المخطط الإشعاعي لهوائي الإرسال في المستويين الأفقي والعمودي ............................... 41الشكل - 33 – معدل الترميز بدلالة رقم نمط التعديل والرميز .................................................... 45الشكل - 34 - آلية تحديد عدد كتل الموارد اللازم إسنادها للمشترك ............................................. 41الشكل - 35 – معدل النقل المفيد بدلالة عدد كل الموارد اللازمة لتأمينه لمختلف أنماط التعديل والترميز بدون تضميممكاني .................................................................................................................. 49الشكل - 36 - معدل النقل المفيد بدلالة عدد كتل الموارد المخصصة في حالة النمط SU-MIMO .... 51الشكل - 31 – العوامل المحدة لنسبة الإشارة إلى الضجيج المطلوبة .............................................. 51الشكل - 38 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الهابطة حالة رقم1 ...................................................................................................................... 51الشكل - 39 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الهابطة حالة رقم1 ...................................................................................................................... 53الشكل - 41 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الهابطة حالة رقم3 ...................................................................................................................... 53الشكل - 41 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الهابطة حالة رقم4 ...................................................................................................................... 53الشكل - 41 - إعادة الإرسال الهجينة .......................................................................... 55الشكل - 43 - العوامل المؤثرة في ربح إعادة الإرسال الهجينة ..................................................... 56الشكل - 44 - مضاعفة زمن الإرسال إلى أربعة أضعاف ........................................................ 51الشكل - 45 - التأخير الذي يضيفه إعادة الإرسال مرة واحدة باستخدام HARQ على مستوى الطبقة MAC. 58الشكل - 46 - التأخير عند إعادة الإرسال مرة واحدة مع مضاعفة زمن الإرسال إلى أربع أضعاف ............... 59الشكل - 41 - عدد مرات إعادة الإرسال الممكنة من دون استخدام مضاعفة زمن الإرسال خلال مدة التأخير الذيتؤدي إليه حالة المضاعفة إلى أربع أضعاف وإعادة إرسال مرة واحدة. ................................................... 61الشكل - 48 – أثر هامش الظل في تحسين وثوقية التغطية ....................................................... 61
  • 9. viiiالشكل - 49 - أثر المبعثرات في زيادة زاوية الانتشار AS ........................................................ 63الشكل - 51 - ربح الجدولة الترددية بدلالة نسبة عدد كتل الموارد المخصصة للمشترك لمختلف قيم عرض الحزمة . 66الشكل - 51 - معدل الترميز لمختلف أنماط التعدل والترميز المستخدمة على القناة PUSCH.................... 11الشكل - 51 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الصاعدة حالة رقم1 ...................................................................................................................... 11الشكل - 53 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الصاعدة حالة رقم1 ...................................................................................................................... 11الشكل - 54 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الصاعدة حالة رقم3 ...................................................................................................................... 11الشكل - 55 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الصاعدة حالة رقم4 ...................................................................................................................... 11الشكل - 56 - هامش التداخل على الوصلة الصاعدة بدلالة حمل الخلية ........................................ 13الشكل - 51 - طريقة تحديد ارتفاع هوائي المحطة القاعدية في نموذج انتشار Okumura-Hata .................. 16الشكل - 58 – نصف قطر الخلية بدلالة التردد في نموذج Okumura-Hata ................................... 11الشكل - 59 - نصف قطر الخلية بدلالة فقد المسار الأعظمي المسموح به في نموذج Okumura-Hata ......... 11الشكل - 61 – تغيرات نصف قطر الخلية مع ارتفاع هوائي المحطة القاعدية في نموذج Okumura-Hata ........ 18الشكل - 61 - تغيرات نصف قطر الخلية مع ارتفاع المحطى النقالة في نموذج Okumura-Hata ................. 18الشكل - 61 – تغيرات نصف قطر الخلية مع تردد الإشارة في نموذج COST231-Hata ....................... 19الشكل - 64 - تغيرات نصف قطر الخلية مع ارتفاع هوائي المحطة القاعدية في نموذج COST231-Hata ........ 81الشكل - 63 - تغيرات نصف قطر الخلية مع فقد المسار الأعظمي المسموح به في نموذج COST231-Hata.... 81الشكل - 65 - تغيرات نصف قطر الخلية مع ارتفاع المحطة النقالة في نموذج COST231-Hata ................. 81الشكل - 66 - الخلية الأحادية الاتجاه .......................................................................... 81الشكل - 61 - الخلية الثنائية .................................................................................... 81الشكل - 68 - الخلية الثلاثية ................................................................................... 81الشكل - 69 - الخلية السداسية ................................................................................. 81الشكل - 11 - خطوات ضبط أبعاد السعة ..................................................................... 83الشكل - 11 - المدة الفعلية لتدفق الطرود من الطبقة IP إلى الطبقة PDCP أو بالعكس ........................ 85الشكل - 11 - المراحل التي تمر بها المعطيات أثناء عبورها من الطبقة MAC إلى الطبقة IP ...................... 94
  • 10. ixقائمة الجداولالجدول 1- ملخص الخصائص المفتاحية لـ LTE ................................................................. 15الجدول 1- مدخلات ميزانية الوصلة الراديوية الهابطة ............................................................. 31الجدول 3- مقارنة بين نمطي الازدواجية الزمنية والترددية .......................................................... 33الجدول 4- الحزم الترددية في LTE .............................................................................. 34الجدول 5- عرض الحزمة الذي توفره كل حزمة ترددية ............................................................ 35الجدول 6 – عرض الحزمة الفعال وفعالية عرض الحزمة ............................................................ 36الجدول 7 - أنماط الازدحام في وسط الانتشار .................................................................... 31الجدول 8 - نماذج قناة تعدد المسارات ............................................................................ 31الجدول 9 - نموذج لقيم ضياعات خط النقل المحوري حسب قطره ومرونته والتردد الحامل ........................... 41الجدول 11 – أنماط التعديل وترميز القناة PDSCH............................................................. 45الجدول 11 - عدد كتل الموارد المخصصة للمشترك لتحقيق حجم ودليل كتلة النقل المطلوب ..................... 48الجدول 11 - جدول التحويل من TBS_L1 إلى TBS_L2 ................................................... 49الجدول 13 - النسبة SINR من أجل عدد معين من كتل الموارد ونمط معين للتعديل والترميز ..................... 51الجدول 14 - طريقة اختيار نمط التعديل والترميز الأمثلي .......................................................... 55الجدول 15 - نسبة التخفيض في معدل النقل الناتجة عن إعادة الإرسال الهجين ومضاعفة زمن الإرسال ........... 51الجدول 16 - التأخير D الناتج عن مضاعفة زمن الإرسال واستخدام HARQ ، المعامل L الذي يعبر عن عدد مراتإعادة الإرسال خلال فترة التأخير D في باستخدام HARQ من دون مضاعفة زمن الإرسال ............................ 61الجدول 11 - ربح مضاعفة زمن الإرسال من أجل حالات مختلفة لعدد مرات إعادة الإرسال وعدد مرات المضاعفة 61الجدول 18 - التابع العكسي لتابع التوزع الاحتمالي الطبيعي القياسي التراكمي .................................... 61الجدول 19 - الجدولة بخوارزمية Round Robin................................................................. 65الجدول 11 - الجدولة بخوارزمية Carrier By carrier in turn .................................................. 65الجدول 11 - الجدولة بخوارزمية Riding Peaks ................................................................. 65الجدول 11 - الجدولة بخوارزمية RB Grouping ................................................................ 65الجدول 13 - القيم النموذجية لضياعات التغلغل حسب طبيعة المنطقة ............................................ 66الجدول 14 - مدخلات ميزانية الوصلة الصاعدة .................................................................. 68
  • 11. xالجدول 15 - أصناف الأجهزة النقالة حسب استطاعة الارسال العظمى .......................................... 69الجدول 16 - أنماط التعديل وترميز القناة PUSCH .............................................................. 11الجدول 11 - مثال على حساب ميزانية الوصلة للقناتين PDSCH و PUSCH .................................. 14الجدول 18 – الخدمات التي تقدمها شبكات الجيل الرابع ........................................................ 84الجدول 19 – معاملات نموذج الخدمة ........................................................................... 86الجدول 31 – معاملات نموذج الازدحام ......................................................................... 81الجدول 31 - القيم النموذجية لنسبة القيمة العظمى إلى القيمة الوسطى لمعدل النقل على الحامل .................. 88الجدول 31 - العبء التحكمي الناتج عن الإشارات المرجعية في الوصلة الهابطة ................................... 91الجدول 33 - العبء التحكمي النتاج عن إشارات التزامن في الوصلة الهابطة ...................................... 91الجدول 34 - العبء التحكمي الناتج عن القناة PBCH ........................................................ 91الجدول 35 - العبء التحكمي الناتج عن قنوات التحكم الفيزيائية في الوصلة الهابطة ............................. 91الجدول 36 - العبء التحكمي الناتج عن القناة PUCCH...................................................... 91الجدول 31 - العبء التحكمي الناتج عن الإشارات المرجعية على الوصلة الصاعدة .............................. 91الجدول 38 - العبء التحكمي الناتج عن القناة PRACH...................................................... 93الجدول 39 - تحديد احتمالات ومعدلات النقل على الطبقة MAC لكل نمط تعديل وترميز ..................... 93
  • 12. xiالاختاارات3GPP3rd Generation Partnership Projectمنظمة مشروع الجيل الثالثAMCAdaptive Modulation and codingالتعديل وترميز القناة المتكفARQAutomated Repeat Requestإعادة الإرسال التلقائيةBHSABusy Hour Session Attemptsمحاولات إنشاء الجلسة في ساعة الذروةBLERBlock Error Rateمعدل الخطأ في كتلة المعطاتBTCBase Transciever Controllerالمتحكم المركزيCDMACode Division Multiple Accessالوصول المتعدد بتقسيم الرمازCNCore Networkالشبكة النواةCPCyclic Prefixالبادئة الدوارةCSCircuit SwitchedDL & ULDownLink and Uplin kالوصلة الهابطة والوصلة الصاعدةDM RSDemodulation Reference Signalsالإشارات المرجعية الخاصة بفك التعديلEIRPEffective Isotropic Radiated Powerالاستطاعة المشعة المكافئة آيزوتروبي ااeNBevolved Node Bالمحطة القاعدية المحسنةEPAExtended Pedestrian A modelEPSEvolved Packet Systemنظام حزم البيانات المطوّرEPCEvolved Packet Coreنواة حزم البيانات المطوّرةETUExtended Typical Urban modelEUTRANEvolved UMTS Terrestrial Radio Access Networkشبكة الوصول الراديوية المطوّرةEVAExtended Vehicular A modelFDDFrequency Division Duplexالازدواجية التردديةFDMAFrequency Division Multiple Accessالوصول المتعدد بالتقسيم التردديFDPSFrequency Domain Packet schedulingالجدولة التردديةGSMGlobal System for Mobile communicationالنظام العالمي للاتصالات النقالةGERANGSM EDGE Radio Access Networkشبكة الوصول الراديوي في الجيل الثانيHARQHybrid Automated Repeat Requestإعادة الإرسال الهجينة
  • 13. xiiHSDPAHigh Speed Downlink Packet Accessالوصول باستخدام حزم البيات عالية السرعةعلى الوصلة الهابطةICICInter Cell Interference Coordinationالتشاور لتخفيض التداخل بين الخلاياIMIntrference Marginهامش التداخلIMSI-P Multimedia SubsystemISIInter Symbol Interferenceالتداخل في الرمزLTELong Term Evolutionالتطوير بعيد المدى للجيل الثالثMACMedium Access Controlالتحكم بالوصول إلى الوسطMAPLMaximum Allowed Path Lossفقد المسار الأعظمي المسموح بهMBMSMultimedia Broadcast Multicast Servicesخدمات البث والبث المتعدد للوسائط المتعددةMCSModulation and Coding Schemeنمط التعديل والترميزMIMOMultiple Input Multiple Outputتعدد الهوائياتMU-MIMOMulti User MIMOالتضميم المكاني لعدة مستخدمينMMEMobility Management Entityقسم إدارة الحركةNRBNumber of Resource Blockعدد كتل المواردOFDMOrthogonal Frequency Division Multiplexingالتضميم بالتقسيم الترددي المتعامدOFDMAOrthogonal Frequency Division Multiple Accessالوصول المتعدد بالتقسيم الترددي المتعامدPAPRPeak to Average Power Ratioنسبة الاستطاعة العظمى إلى الاستطاعة الوسطىPBCHPhysical Broadcast Channelقناة البث الفيزيائيةPCRFPolicy and Charging Rules Functionقسم إدارة القوانين والفوترةPDCPPacket Data Convergence ProtocolPDCCHPhysial Downlink Control Channelقناة التحكم الفيزيائية على الوصلة الهابطةPDSCHPhysial Downlink Shared Channelالقناة الفيزيائية المشتركة على الوصلة الهابطةPGWPacket Data Network Gatewayبوابة شبكة حزم البياناتPMIPrecoding Matrix Indicatorمؤشر مصفوفة ال ترميز المسبقPPPPoint to Point Protocolبروتوكول الند للندPSPacket SwitchedQoSQuality of Serviceجودة الخدمة
  • 14. xiiiRBResource Blockكتلة المواردREResourc Elementعنصر المواردRFRadio Frecuencyالتردد الراديويRNCRadio Network Controllerمتحكم الشبكة الراديويةRIRank Indicatorمؤشر الرتبةRSReference Signalsالإشارات المرجعيةRLBRadio Link Budjetميزانية الوصلة الراديويةRLCRadio Link Controlطبقة التحكم بالوصلة الراديويةRRCRadio Resource Controlطبقة التحكم بالموارد الراديويةSAESystem architecture Evolutionتطوير هيكلية النظامSC-FDMASingle Carrier Frequency Division Multiple Accessالوصول المتعدد بالتقسيم الترددي وحيد الحاملSDSpatial Diversityالتنوع المكانيSFMShadow Fading Marginهامش خفوت الظلSGWServing Gatewayالبوابة المخدمةSMSpatial Multiplexingالتضميم المكانيSINRSignat to Interference plus Noise Ratioنسبة الإشارة إلى التداخل والضجيجSRSSounding Reference Signalالإشارات المرجعية الخاصة بسبر القناةSU-MIMOSingle User MIMOالتضميم المكاني لمستخدم واحدTDMATime Division Multiple Accessالوصول المتعدد بالتقسيم الزمنيTDDTime Division Duplexالازدواجية الزمنيةTTATower Top Amplifierمضخم القمةTTITransmission Time IntervalUEUser Equiomentالجهاز النقال )المحطة النقالة(UMTSUniversal Terrestrial Telecommunication Systemالنظام العالمي العام للاتصالات الخليويةVoIPVoice Over IP
  • 15. xivمقدمة عامةيلعب الجيل الرابع في الاتصالات الخليوية LTE دوراا هاماا في مواكبة النهم المتزايد على معدلات النقل في الأنظمة الخليوية.يؤدي تخطيط الشبكة الخليوية إلى تقليص عيوب الشبكة وتخفيف عمليات الصيانة وتقليل الهدر في الموارد مما ينعكس إيجاباافي تخفيض كلفة ما قبل وما بعد تركيب الشبكة.يبين الشكل - 1 مخطط المشروع ويتضمن القيام بالتخطيط على مستويين مستوى التغطية ومستوى السعة. نقوم في الجزءالخاص بتخطيط التغطية بتحليل ميزانية الوصلة بأدق تفاصيلها للحصول على فقد المسار الأعظمي المسموح به على الوصلة،بعد ذلك نقوم بدراسة نماذج الإنتشار الراديوي التي تفيد في حساب نصف قطر الخلية، وبعدها نقوم بإجراء مجموعة منالعمليات الحسابية تهدف إلى حساب مساحة الخلية ومن ثم عدد الخلايا اللازمة لتغطية المساحة المحددة.يتناول الجزء الخاص بتخطيط السعة دراسة متطلبات السعة على الشبكة الخليوية التي يتم تحديدها من خلال نماذج الخدمةونماذج الإزدحام للحصول على معدل النقل الوسطي للمستخدم ومن ثم نحسب معدل النقل الكلي في الشبكة الذي يلخصمتطلبات السعة في الشبكة. من جهة أخرى نقوم بحساب معدل النقل الكلي في الخلية على الطبقة MAC وهذا يتطلبتحديد خصائص الطبقة الفيزيائية من رتبة تعديل ومعدل ترميز القناة ونمط البادئة الدوارة وعدد كتل الموارد في النظام وحسابالعبء التحكمي للإشارات المرجعية وإشارات التزامن وقنوات التحكم الفيزيائية وقناة الوصول العشوائي، وبعد ذلك نحولمعدل لنقل في الخلية من الطبقة MAC إلى الطبقة IP . تنتهي مرحلة تخطيط السعة بتقسيم معدل النقل في الشبكة علىمعدل النقل في الخلية للحصول على عدد الخلايا اللازمة لتحقيق متطلبات السعة.الشكل - 1- المخطط الصندوقي للمشروع
  • 16. 1الفصل الأولمدخل إلى LTE وتخطيط الخلايانبيّن في هذا الفصل لمحة عامة عن شبكات LTE وأهميتها وأهدافها وبنيتهاا ولتقنيات المستخدمة في الإرسال والاستقبال وكذلك المعاملات الأساسية التي تميزهذه الأنظمة بالإضافة إلى لمحة عن أهداف التخطيط الراديوي ومراحله-1.1 الحاجة إلى LTEص مّ م ت الشبكات الخليوية في الأساس لتأمين الاتصالات الصوتية. إلا أن الانتشار الواسع للانترنت والتطورالمتسارع لأجهزة الهاتف النقال ك ماا ونوع اا، جعل الشبكات الخليوية تقوم بوظيفة نقل البيانات على التوازي معوظيفتها الرئيسية في نقل الصوت. تبين الإحصائيات التزايد المستمر لكمية البيانات المتبادلة حتى أصبحتتشكل 91% من كمية المعلومات المتبادلة على الشبكات الخليوية في نهاية العام 2013 بينما لم تعد المكالماتالصوتية تشكل سوى 9% من كمية المعلومات المتبادلة )الشكل - 2 ) [1] .أدى هذا التزايد في الطلب على البيانات إلى اختناق أنظمة الجيلين الثاني والثالث مما ولد الحاجة إلى نظاماتصال ذو سعة أكبر. كما أدى إلى تناقص دور النطاق Circuit-switched المسؤول عن نقل المكالماتوتنامي دور النطاق Packet-switched المسؤول عن نقل البيانات. مما ولد الحاجة إلى نظام الاتصالاتالموحدة لتأمين الاتصالات الصوتية ونقل البيانات بنفس النطاق. يبسط الانتقال الكامل إلى النطاق Packet- Switched بنية قلب الشبكة وبالتالي يخفض زمن التأخير مما يفتح المجال أمام التطبيقات التي تتطلب النقلبالزمن الحقيقي [2] .الشكل - 2 - مقارنة بين كمية المكالمات وكمية البيانات المتبادلة شهرياا على الشبكة الخليوية
  • 17. 2-2.1 أهداف LTEقامت منظمة 3GPP بوضع مجموعة من الأهداف التي تتلخص بالنقاط التالية [3] :-1 زيادة سعة الخلية إلى ثلاث أو أربع أضعاف السعة التي تتيحها خلايا Rel.6 HSUPA [4] .-1 تخفيض كلفة البت Cost per bit ووضع نظام فوترة لا يتعلق بحجم المعطيات المتبادلة.-3 الوصول إلى معدل نقل أعظمي 100Mbps على الوصلة الهابطة و 50Mbps على الوصلة الصاعدة [4] .-4 إمكانية العمل ضمن الحزم الترددية المستخدمة في عائلات الجيلين الثاني والثالث.-5 زيادة التغطية من خلال تأمين معدلات النقل المطلوبة على مساحات أوسع.-6 تقليل التأخير مما يتيح إمكانية إضافة خدمات جديدة تعمل بالزمن الحقيقي.-1 إتاحة خيارات متعددة لعرض الحزمة الترددية مما يسمح باختيار العرض المناسب لمتطلبات الشبكة.-8 التخلي تمام اا عن النطاق CS واستبداله بالنطاق PS .-9 تحسين الأداء على حواف الخلية من خلال التعاون بين الـمحطات القاعدية.-11 تقليل التعقيد من خلال تبسيط الواجهات البينية Interfaces وتخفيض عددها.-3.1 بنية الشبكة LTEتتميز بنية الجيل الرابع بأنها تعتمد بشكل كلي على البروتوكول IP سواء في الشبكة القلب Core Networkأو شبكة الوصول Access Network يبين الشكل – 3 شكلاا مبسطاا لبينة LTE . لقد وصفت منظمة 3GPP شبكة الـ LTE بأنها نظام حزم بيانات مطور EPS يؤمن اتصال IP بينالجهاز النقال UE وشبكة حزم بيانات خارجية. تتألف الـ EPS من: نواة حزم البيانات المطورة EPC وشبكة الوصول الراديوي المطورة EUTRAN . تقوم نواة حزم البيانات EPC بتوزيع كل أنماط المعلومات سواء الصوتية أو البيانات باستخدام تقنياتالنطاق PS التي استخدمت سابقاا لنقل البيانات فقط. أما النطاق CS فقد تم التخلي عنه تماماا ويتم نقلالمكالمات الصوتية عبر تقنية VoIP التي تعتمد على النطاق PS . وتتألف النواة EPC من أربعة أقسام مختلفة وظيفياا وهي: MME و SGW و PGW و PCRF . تتألف شبكة الوصول EUTRAN من المحطات القاعدية eNodeBs وأجهزة المستخدمين UEs . توصف شبكة الوصول في LTE بأنها ذات بنية مستوية Flat architecture حيث لاترتبط المحطاتالقاعدية بمتحكم مركزي مثل RNC في الجيل الثالث و BTC في الجيل الثاني، وبدلاا من ذلك تمتلك كلمحطة قاعدية eNB متحكماا راديوياا RRM خاصاا بها وتتصل المحطات القاعدية فيما بينها عبر الوصلةX2 للتنسيق فيما بينها، وهذا يقلل التأخير ويزيد الفعالية ويخفض التكلفة ويقلل تعقيد المتحكم ويجنبالنظام من مشكلة الفشل بفشل المتحكم المركزي single point failure . كما تتصل المحطة القاعدية معالنواة EPC عبر الوصلة S1 [5] .
  • 18. 3الشكل – 3 – شكل مبسط يوضح البنية الهيكلية لشبكتي الجيلين الثالث والرابع-4.1 تصقنيات الوصول المتعدد في LTE-1.4.1 التضميم بالتقسيم الترددي المتعامد OFDMتعتمد أنظمة LTE للوصول المتعدد طريقة الحوامل المتعددة المتعامدة. حيث تستخدمتقنية OFDMA على الوصلة الهابطة نظراا لفعاليتها الطيفية العالية وتقنية SC-FDMAعلى الوصلة الصاعدة لانخفاض نسبة الإستطاعة العظمى إلى الإستطاعة الوسطىPAPR مقارنة بـ OFDMA .) )الشكل - 4تقوم الـ OFDM بتوزيع الإشارة عريضة الحزمة على عدة حوامل فرعية ضيقة الحزمة،تكون هذه الحوامل متقاربة بمسافة فصل أصغرية بحيث تبقى متعامدة فيما بينها في المجالالترددي )الشكل - 5(، فبدلا من إرسال المعطيات بدفقة واحدة يقوم مرسل OFDMبإرسال المعطيات على شكل دفقات جزئية ترسل كل منها على حامل فرعي مختلف، ممايؤدي إلى فعالية طيفية عالية مقارنة بـ FDMA وتداخل أقل مقارنة بـ CDMA . يمكنتخصيص مجموعات مختلفة من الحوامل للإرسال إلى عدة مستخدمين [4] .إذا تم الإرسال بـ OFDM مع المحافظة على معدل النقل نفسه عند الإرسال بحامل وحيدعريض الحزمة، عندئذ يكون معدل النقل بالنسبة لكل حامل فرعي أقل وهذا يؤدي إلىزيادة مدة الرمز مما يقلل معدل الخطأ ويقلل التداخل بين الرموز ISI الناتج عن تأخيرتعدد المسارات.الشكل - 4- تقنيات الوصول المتعددفي الجيل الرابع
  • 19. 4الشكل - 5- الحوامل المتعامدة في OFDMويمكن تلخيص مزايا OFDM بالنقاط التالية: تحد الـ OFDM من الطبيعة الانتقائية في التردد للقناة اللاسلكية عريضة الحزمة، حيث تحولها إلى عدةقنوات فرعية ضيقة الحزمة ذات استجابة مستوية Flat-fading sub-channel . يبسط ذلك عملية تسويةالقناة مما يخفض تعقيد المستقبل. يخضع كل حامل فرعي إلى تخميد مستقل عن بقية الحوامل مما يعطي تنوع في التردد freq. Diversity . فعالية طيفية عالية بفضل استخدام مسافة فصل أصغرية بين الحوامل مع الحفاظ على التعامد دون وجودمجالات الحماية بين الحوامل كما هو الحال في FDMA المستخدمة في GSM . تحل مشكلة تعدد المسارات التي تؤدي التداخل في الرمز ISI التي تعاني منها تقنية WCDMA ، وذلكبفضل استخدام البادئة الدوارة والإرسال بمدة رمز كبيرة نسبياا ) 66.7μs ( مقارنة بمدة الرمز ) 3.69μs ( فيGSM و ) 0.26μs ( في WCDMA . مرونة تخصيص الموارد وجدولتها.وتعاني OFDM من بعض السليبات وهي [6] : الحساسية لأخطاء التزامن في التردد مما يؤدي إلى التداخل بين الحوامل الفرعية. نسبة الاستطاعة العظمى إلى الاستطاعة الوسطى PAPR مرتفعة.يبين الشكل - 6 مخططاا مبسطاا لمرسل ومستقبل OFDM على الوصلة الهابطة )المحطة القاعدية في طرفالإرسال ا ولجهاز النقال في طرف الإستقبال(.
  • 20. 5ترسل المحطة القاعدية هنا ثلاث دفقات مختلفة من البتات إلى ثلاث مستخدمين، تطبق المحطة القاعدية التعديلالمناسب لكل دفقة بتات حيث يمكن لها أن تطبق نمط تعديل مختلف لكل مستخدم. بعد ذلك تمرر دفقة منالرموز المعدّلة إلى محوّل Serial-to-Parallel ليتم تجزئتها إلى دفقات جزئية Sub-stream يتعلق عددالدفقات الجزئية المخصصة للمستخدم بمعدل النقل: على سبيل المثال قد لا تتطلب تطبيقات الصوت سوىدفقات جزئية قليلة بينما تطبيقات الفيديو تتطلب عدد أكبر من الدفقات الجزئية. يقوم بعدها مخصص المواردالعنصرية RE Mapper بإسناد كل دفقة جزئية إلى حامل فرعي. يمكن للحوامل الفرعية المخصصة للمستخدمأن تكون كتلة متصلة )كما هو الحال لدى UE1 و UE3 على الشكل - 6 ( أو أن تكون موزعة على شكلكتل منفصلة )كما هو الحال لدى UE2 (. تكون المعلومات الناتجة عبارة عن مطال وصفحة كل حامل جزئيكتابع للتردد، يتم تطبيق تحويل فورييه السريع العكسي IFFT على الأشكال الموجية للحوامل الجزئية فنحصلعلى شكل موجي واحد في المجال الزمني الذي يمزج بالتردد الراديوي ويرسل في الهواء. يقوم المستقبل في الجهازالنقال بعكس الإجرائية السابقة حيث يبدأ بتقطيع الإشارة المستقبلة ثم الترشيح وتحويلها إلى التردد القاعدي،بعد ذلك يطبق تحويل فورييه السريع FFT على المعطيات للحصول على مطال وصفحة كل حامل جزئي،نفترض هنا أن المحطة القاعدية قد أخبرت المحطة النقالة مسبقاا بالحوامل الفرعية التي تحمل المعطيات المخصصةلها، واعتماداا على ذلك يقوم الـ UE باختيار الحوامل الفرعية التي تعنيه لمعالجتها ويتجاهل بقية الحوامل [2] .من أجل كل حامل فرعي مخصص للمستخدم يقوم المستقبل قبل فك التعديل بعمليتي تقدير القناة والتسوية،حيث يقوم مرسل OFDM بإرسال رموز مرجعية ضمن المعطيات المرسلة تحمل معلومات عن جودة القناة،يستخدم المستقبل الرموز المرجعية لإزالة أثر القناة على الإشارة من تغيرات في المطال وانزياحات في الصفحة.عادة ما تكون تغيرات المطال وانزياحات الصفحة تابعة للتردد والزمن، لذلك لكي يتمكن المستقبل من تقديرالقناة بشكل صحيح يقوم المرسل ببعثرة الرموز المرجعية عبر الزمن والتردد [2] .الشكل - 6 - المخطط الصندوقي لمرسل مستقبل OFDM على الوصلة الهابطة
  • 21. 6-2.4.1 تصقنية OFDMA للوصول المتعدد على الوصلة الهابطةرأينا في الشكل - 6 أن المحطة القاعدية تستطيع أن ترسل المعطيات إلى ثلاث مستخدمين في نفس اللحظةباستخدام التضميم بالتقسيم الترددي المتعامد OFDM . تقوم التقنية OFDMA المستخدمة في الوصلة الهابطةبتقسيم الزمن بين المستخدمين بالإضافة إلى التقسيم الترددي حيث تقوم الـمحطة القاعدية بالإرسال إلى عدةمستخدمين في لحظات زمنية مختلفة وترددات مختلفة بما يلبي حاجة كل خدمة. يبين الشكل - 7 مثالا ا علىتقسيم الموارد باستخدام OFDMA : فعلى سبيل المثال المستخدم UE1 يستقبل دفقة صوت VoIP وهذايتطلب معدل نقل منخفض نسبياا وبالتالي بحاجة إلى عدد قليل من الحوامل الجزئية ) 2-SC ( ولكنه يتطلباستم رارية في الإرسال لذلك يخصص له عدد كبير )نسبي اا( من الحصص الزمنية ) 24-TS ( . من جهة أخرى نجدأن المستخدم UE2 يقوم بتحميل ملف وكونه لا يستقبل معطيات بالزمن الحقيقي ترسل المعطيات إليه علىشكل رشقات بمعدل نقل مرتفع فيخصص له عدد أكبر من الحوامل الجزئية ) 12-SC ( وعدد أقل من الحصصالزمنية ) 8 TS ( )الأرقام هنا للتوضيح فقط(.يمكن للمحطة القاعدية أيضاا أن تخصص الحوامل الجزئية والحصص الزمنية بالاعتماد على قوة الإشارة التييستقبلها المستخدم على كل حامل الجزئي خلال حصة زمنية معينة. فمثلاا المستخدم UE3 في الشكل - 7يستقبل دفقة VoIP ولكنه يعاني من الخفوت على بعض الحوامل الجزئية خلال فترات معينة، تستجيب المحطةالقاعدية لمثل هذه الحالة بتخصيص الحوامل جزئية التي تكون فيها الإشارة المستقبلة أقوى مقارنة ببقية الحواملويتم تغيير هذه الحوامل عبر الزمن بما يوافق تغيرات الخفوت مع التردد والزمن. وبنفس الأسلوب يتم إرسالالمعطيات إلى المستخدم UE4 باستخدام كتلتين من الحوامل الجزئية يفصل بينهما كتلة من الحوامل الجزئية التيتعاني فيها الإشارة المستقبلة من الخفوت [2] .الشكل - 7 - تقسيم الموارد الزمنية والترددية في OFDMA
  • 22. 7-3.4.1 تصقنية SC-FDMA للوصول المتعدد على الوصلة الااعدةيعتبر ارتفاع النسبة PAPR أحد الصفات السلبية في OFDMA . والنسبة PAPR بالتعريف هي نسبةالاستطاعة العظمى لعينة من رمز OFDM إلى الاستطاعة الوسطى لهذا الرمز. وتنتج الذروة من جمع الإشاراتالمرسلة على الحوامل الفرعية المختلفة لإعطاء شكل موجي واحد في المجال الزمني ، ينتج عن جمع هذهالاستطاعات استطاعة مرتفعة في المجال الزمني أعلى بكثير من استطاعة الإشارة التي تحمل المعطيات. يتطلبالإرسال والإستقبال عند استخدام OFDMA مع النسبة المرتفعة لـ PAPR محول D/A عالي الدقة لدىالمرسل ومحول A/D عالي الدقة لدى المستقبل، وإلا فإن إشارة المعطيات ستعاني من مشكلات التشوهDistortion . لذلك يعتبر الإرسال بنسبة PAPR منخفضة أمراا مرغوبا ا [6] .أحد الحلول البسيطة لتخفيض النسبة PAPR هو استخدام استطاعة إرسال عالية أي رفع الاستطاعة الوسطىللرمز بحيث يمكن تمييزها من قبل المحول D/A والمحول A/D . يتم استخدام هذا الحل على الوصلة الهابطة فيLTE لتوفر استطاعة إرسال عالية لدى المحطة القاعدية ولذلك لا وج ود لمشكلة ارتفاع النسبة PAPR علىالوصلة الهابطة. حيث أن الحد الأعلى المسموح به لاستطاعة الإرسال على الوصلة الهابطة 46dBm كافٍلحل المشكلة، بينما تكون استطاعة الإ رسال على الوصلة الصاعدة محدودة بـ 33dBm . أي أن استطاعةالإرسال على الوصلة الصاعدة أقل بـحوالي 20 مرة منها على الوصلة الهابطة [7] .إن زيادة استطاعة الإرسال في المحطة النقالة تتطلب زيادة حجم مضخم الاستطاعة مما يزيد ثمن الجهاز النقالويزيد شراهة استهلاك البطارية. لذلك لا تستخدم أنظمة LTE تقنية OFDMA على الوصلة الصاعدة وإنماتستخدم تقنية SC-FDMA التي تتميز عن OFDMA بانخفاض يتراوح مابين 2-3dB في النسبة PAPR إلاأن الفعالية الطيفية لها أدنى [7] .
  • 23. 8تجمع تقنية SC-FDMA بين انخفاض النسبة PAPR ومزايا الـ OFDMA بالإرسال على حوامل فرعيةمتعددة وممانعة خفوت تعدد المسارات ومرونة تخصيص الحوامل الفرعية. إلا أننا نجد عدة فروقات بينهما أهمهاأن مدة الرمز في SC-FDMA أقصر من مدة الرمز في OFDMA الذي يمتد على 66.7μs ، من جهة أخرىفإن الرمز في SC-FDMA يشغل عدة حوامل فرعية متجاورة وبالتالي يشغل مجالا ا تردديا ا أكبر مقارنة بالرمز فيOFDMA الذي يشغل حاملا ا فرعي اا واحد اا 15KHz كما هو مبين في الشكل - 8 . حيث يرسل على كلحامل فرعي جزء من كل رمز من الرموز المرسلة من قبل مستخدم واحد. فإذا عانت بعض الحوامل الفرعية منخفوت عميق يمكن عندها تصحيح الخطأ بالاعتماد على الرموز الفرعية المرسلة على الحوامل الفرعية الأفضلحالاا باستخدام ترميز القناة المصحح للخطأ [8] . كما أن إرسال الرموز في OFDMA يتم على التوازي فيالزمن، بينما يتم في SC-FDMA على التسلسل.يبين الشكل - 9 أن مرسل SC-FDMA هو عبارة عن مرسل OFDMA مسبوق بتحويل فورييه السريعFFT الذي يغير طريقة توزيع الرموز على الحوامل الفرعية المختلفة. حيث يقوم تحويل فورييه السريع بمزج الرموزمع بعضها ضمن عدة حوامل لتقليل النسبة PAPR مع الحفاظ على إمكانية استعادتها بتحويل فورييه السريعالعكسي IFFT في طرف الاستقبال. هناك طريقتان لتوزيع الحوامل على المستخدمين: طريقة التوزيع المتمركزLocalized )حالة الشكل - 9 ( وتسمى بـ LFDMA وطريقة التوزيع المبعثر Distributed وتسمىبـ .DFDMA وعلى الرغم من أن DFDMA تتميز بنسبة PAPR أقل من LFDMA ، تستخدم أنظمةLTE النمط LFDMA مع آلية توزيع تعتمد على أفضلية حالة القناة بالنسبة للمستخدم المسماة CDSالشكل - 8 - توزع الرموز ضمن الحوامل الفرعية في OFDMA و SC-FDMASerial bit streamOFDMA Subcarrier CodingSC-FDMA Subcarrier CodingSubcarrier1
  • 24. 9(Channel Dependent scheduling) ، ويعود السبب في اعتماد نمط التوزيع LFDMA إلى كون النسبةPAPR فيه أكثر استقراراا مع تغير معامل تشكيل نبضة التجيب المرتفع Roll off Factor [4] .لا تستخدم الطريقة SC-FDMA على الوصلة الهابطة لأن فعاليتها الطيفية أقل من فعالية OFDMA ، ولأنالمحطة القاعدية ترسل المعطيات إلى عدة مستخدمين )مرسل واحد-عدة مستقبلات( وليس كما هو الحال علىالوصلة الصاعدة )مرسل واحد-مستقبل واحد(. حيث يتطلب استخدام SC-FDMA على الوصلة الهابطةإضافة تحويل فورييه السريع لكل مستخدم على حدا مما يزيد التأخير [2] . كما أن من سلبيات SC-FDMAأنها تزيد استطاعة الضجيج بسبب إرسال الرمز على عدة حوامل وبالتالي على مجال ترددي أوسع [2] .الشكل - 9 - المخطط الصندوقي لمرسل ومستقبل SC-FDMA على الوصلةالصاعدة
  • 25. 11-5.1 انتشار التأخير والبادئة الدوارة Cyclic Prefixينتج انتشار التأخير عن وصول المسارات المتأخرة من الإشارة الناتجة عن تعدد المسارات، وهذا يؤدي إلىالتداخل بين الرموز. وإن أهم فوائد استخدام الـ OFDM هو زيادة طول الرمز المرسل مما يقلل من أثر التداخلISI على الرمز إذ أن مدة التداخل تكون أقل بكثير من مدة الرمز. وتستخدم فترة حماية بين الرموز لامتصاصأثر المسارات المتعددة ومنع التداخل بين الرموز الناتج عنها. يتم ذلك باستخدام البادئة الدوارة CP وهي نسخةمكررة من الجزء الأخير للرمز يتم أضافتها قبل الرمز. تحمي البادئة الدوارة المعطيات من التداخل مع الرموز) الأخرى حيث تصل النسخ المتأخرة ضمنها كما تفيد في تحسين التزامن )الشكل - 11 [8] .تستخدم أنظمة LTE نوعين مختلفين من حيث المدة للبادئة الدوارة: البادئة الدوارة الطبيعية Normal CPمدتها 5.21μs للرمز الأول من كل حصة زمنية ) TS=0.5ms (، أما للرموز من 1 إلى 6 فتكون 4.7μs . وهذاكافي لحماية الحصة الزمنية من التداخل الناتج عن النسخ المتأخرة من الحصص الزمنية الأخرى بفرق مسارأعظمي 1561m بين أقصر مسار وأبعد مسار عن المستقبل. وكافي لحماية الرموز من 1 إلى 6 من التداخلالناتج عن النسخ المتأخرة بفرق مسار أعظمي 1409m . تخفض البادئة الدوارة الطبيعية معدل النقل بمقدار[(5.21μs+4.7μs )/0.5ms]=6.7% ولكنه ثمن زهيد مقابل التخلص من التداخل بين الرموز [2] .النوع الثاني للبادئة الدوارة هو البادئة الدوارة الموسعة Extended CP ويستخدم للخلايا كبيرة الحجم. مدتها16.7μs وهي قادرة على احتواء النسخ المتأخرة بفرق مسار أعظمي 5km ولكنها تخفض معدل النقل بمقدار20% . ومن الجدير بالذكر أن الحصة الزمنية تحوي 6 رموز في حال تم استخدام البادئة الدوارة الموسعة، بينماتحوي 7 رموز في حال تم استخدام البادئة الدوارة الطبيعية [2] .الشكل - 11 – البادئة الدوارة في LTE
  • 26. 11-6.1 أنماط الحوامل الفرعيةتعتمد LTE مسافة فصل ثابتة بين الحوامل الجزئية وهي 15KHz ومدة الرمز 66.7μs . يزداد تردد التقطيعبازدياد عدد الحوامل الفرعية المتاحة وبالتالي با زدياد عرض الحزمة الكلي [8] ويحسب من جداء عدد الحواملالفرعية الكلي بمسافة الفصل بين الحوامل.هناك أربعة أنماط للحوامل الفرعية المستخدمة في OFDMA/SC-FDMA موضحة في الشكل - 12 وهي: حوامل المعطيات Data Subcarrier : وهي مخصصة لنقل المعطيات ورسائل التحكم. الحوامل المرجعية Reference Subcarrier : وهي موزعة بين حوامل المعطيات وتحمل إشارات تستخدملتقدير القناة الراديوية ومعلومات عن جودة الإشارة ونمط التعديل الواجب على المستقبل فكه. يختلفتو زع الرموز المرجعية ضمن كتلة الموارد في الوصلة الصاعدة عنه في الوصلة الهابطة كما في الشكل - 11 ،على الوصلة الهابطة يخصص 4 رموز مرجعية ضمن كتلة الموارد من أجل ه وائي إرسال وحيد و 8 رموزمرجعية من أجل هوائيين و 12 رمز من أجل أربعة هوائيات. بينما يخصص على الوصلة الصاعدة في كلكتلة موارد مدة رمز بأكملها 66.7μS ضمن 12SC لحمل الإشارات المرجعية ضمنها [8] . حامل المركبة المستمرة DC-subcarrier : يمثل التردد المركزي للقناة المركبة المستمرة في الحزمة القاعديةلذلك لا يحمل عليه أي استطاعة كما يجب أن يكون عدد صحيح من مضاعفات 100kHz . حوامل الحماية Guard Subcarrier : لا يحمل عليها أي استطاعة وتترك للحماية من التداخل المحتملمن الحزم المجاورة ولتقليل التداخل الذي تسببه الحزمة نفسها على الحزم الأخرى. يؤثر عدد حواملالحماية مباشرة على معدل النقل الكلي للقناة [3] . يستحسن تخصيص نصف الحزمة الترددية كحزمةحماية من التداخل مع حزم المشغلين الآخرين، ولكن بتوجيه جيد للهوائيات وترشيح إضافي للحزمة يمكنتخفيض الطيف الترددي المخصص لحوامل الحماية [9] .الشكل - 11 - توزع الرموز المرجعية على الوصلتين الهابطة والصاعدةالشكل - 12 - أنماط الحوامل الفرعية في LTE
  • 27. 12-7.1 انزياح دوبلر الأعظمييسبب المستخدم بحركته إزاحة في التردد في كل حامل جزئي نحو ترددات أعلى أو أخفض. وعندما يحاولالمستخدم تحسس الذروة على أحد الحوامل الفرعية بوجود انزياح دوبلر سوف يستقبل عندها تداخلاا منالحوامل الجزئية الأخرى. وبالتالي تؤدي ظاهرة انزياح دوبلر إلى التداخل بين الحوامل مما يسيء إلى التعامدية بينالحوامل )الشكل - 13 .)يكون مقدار التداخل الناتج عن انزياح دوبلر مقبولاا طالما كان هذا الانزياح أقل بكثير من المسافة الفاصلة بينالحوامل الجزئية المتجاورة Δf . صممت أنظمة الجيل الرابع للعمل ضمن سرعة حركة عظمى للمحطة النقالةقدرها 350 km/hr ، كما أن أعلى تردد حامل في الحزم المشغلة للجيل الرابع هو 3.5GHz [2] . وبالتالي تقبلأنظمة الجيل الرابع بانزياح دوبلر أعظمي قدره:حيث f ال تردد الحامل و fD تردد دوبلر و سرعة الإشارة وهي سرعة انتشار الضوء و سرعة المحطة النقالةو سرعة المحطة القاعدية وهي معدومة.وبالتالي يكون الحد الأعلى لنسبة انزياح دوبلر إلى عرض الحامل الجزئي في أنظمة الجيل الرابع هو:يؤدي انزياح دوبلر في أنظمة OFDMA إلى:.1 انخفاض في الاستطاعة العظمى للحامل الجزئي SC2 وبالتاليخسارة في الاستطاعة..1 استطاعة بقية الحوامل ) SC0… SC4 ( لم تعد معدومة ، وبالتالييستقبل مع الحامل SC2 تداخل من الحوامل الأخرى.الشكل - 13 - التداخل بين الحوامل ICI
  • 28. 13-8.1 بنية كتلة الموارد RB Structureكتلة الموارد هي أصغر جزء من المورد الترددي الزمني يمكن إعطاؤه لمستخدم واحد دفعة واحدة. تتألف كتلةالموارد من 11 حامل فرعي أي تشغل امتداد ترددي عرضه ـ 180KHz أما في المجال الزمني فتشغل كتلة الموارد0.5ms مدة حصة زمنية واحدة TS )الشكل - 14 (. تقسم الحصة الزمنية إلى سبعة رموز مدة كل منها66.7μs في حالة البادئة الدوارة الطبيعية وستة رموز في حالة البادئة الدوارة الموسعة. نسمى عنصر الموارد REالجزء من الموارد الترددية الزمنية الذي يشغل في المجال الترددي عرض حامل فرعي واحد ومدة رمز OFDMواحد أي 66.7μs . يحوي كل عنصر موارد على رمز واحد معدل بـ QPSK أو 16QAM أو 64QAM .وبالحساب نجد أن هناك 84 عنصر موارد ضمن كتلة الموارد في حالة البادئة الدوارة الطبيعية و 72 في حالةالبادئة الدوارة الموسعة.على الرغم من أن تقارير منظمة 3GPP تنص على أن الامتداد الزمني لكتلة الموارد هو 0.5ms ، إلا أنه يمكنأن نجد في الكثير من المراجع والشروحات أن كتلة الموارد هي عبارة عن 12SC على امتداد 1ms في المجالالزمني. وهذا مبرر لكون مجدول الموارد scheduler الموجود ضمن طبقة الـ MAC في المحطة القاعدية يقومبجدولة كتل الموارد كل 1ms ، وبالتالي عندما تمنح المحطة القاعدية كتلة الموارد لمستخدم ما فإنها تحجز له لمدة1ms . ولهذا السبب أيضأ فإن زمن التأخير بين الطبقة MAC والطبقة الفيزيائية لدى كل من المحطة القاعديةوالنقالة هو TTI=1ms .الشكل - 14 – بنية كتلة الموارد في حالتي البادئة الدوارة الطبيعية والموسعة
  • 29. 14-9.1 بنية الإطار Frame Structureمدة الإطار في LTE هي نفسها مدة الإطار في UMTS وهي 10ms أي لدينا 100 Frame/second .يتألف كل إطار من 10 إطا رات فرعية مدة كل منها 1ms كما هو مبين الشكل - 15 . يتألف كل إطارفرعي من حصتين زمنيتين 2Time-Slot مدة كل منها 0.5ms . وتتألف كل حصة زمنية من 7 رموز عنداستخدام البادئة الدوارة الطبيعية و 6 رموز في حال تم استخدام البادئة الدوارة الموسعة وتكون مدة الرمز66.7μs في كلتا الحالتين [5] .الشكل - 15 – بنية الإطار الراديوي في LTEبنية الإطار TDD-LTE هي نفسها بنية الإطار FDD-LTE من حيث التقسيمات الزمنية، ولكنهما تختلفانمن حيث وظيفة هذه التقسيمات. ففي الإطار FDD تكون جميع الإطارات الفرعية ضمن الإطار الراديويمخصصة للأرسال على الوصلة الهابطة، أو جميعها للإرسال على الوصلة الصاعدة. أما في الإطار TDDفتتشارك الوصلتان الصاعدة والهابطة باقتسام الإطارات الفرعية وفق تراتبية معينة )هناك سبعة أنماط للإطارTD-LTE كل نمط منها يحدد تراتبية خاصة به(. يقتصر العمل في هذا المشروع على النمط FDD لكونهالأكثر شيوعاا والأقل تعقيدأ مقارنة بالنمط TDD .
  • 30. 15-10.1 ملخص الخاائص المفتاحية في LTEيلخص الجدول 1 أهم الخصائص المفتاحية في LTE :الجدول 1- ملخص الخصائص المفتاحية لـ LTE201510531.4 Channel Bandwidth (MHz) 100 75 50 25 15 6 NRB per time slot204815361024512256128 FFT Size (SC) 1200/848 900/636 600/424 300/212 180/76 72/56 occupied/guard SC30.7223.0415.367.683.841.92 Sampling frequency (MHz)168000 126000 84000 42000 25200 10080 RE per NCP Radio frame1440001080007200036000216008640 RE per ECP Radio frameExtended CP16.7μs for 1st to 6th symbols Normal CP 5.21μs for 1st Symbol 4.7μs for 2nd to 7th symbols Cyclic Prefix duration20% for ECP6.7% for NCP CP throghput Overhead 15kHz (7.5kHz used in MBMS dedicated cells) SC spacingUL: 75Mbps (2T 2R, 20MHz)DL: 300Mbps (4T 4R,20MHz) Peak Data Rate 1RB = 12 subcarrier 1 Time Slot = 180KHz 0.5ms 1 Resource Block1RE = 1 SC 1 Symbol Duration = 15KHz 66.7μs 1 Resource Element 72 for Extended CP 84 for Normal CP REs per RB1 Subframe Duration = 1ms Minimum TTI UL: QPSK,16QAM,(64QAM for Cat5 UE ) QPSK, 16QAM, 64QAM DL: Modulation SchemesConvolutional coding on DL and UL Control channelsTurbo coding on DL and UL Traffic channels Channel codingOptimized for cell sizes up to 5kmWorks with high performance for 30km Supports Cell Sizes of up to 100kmCell SizeOptimized for 15km/hrWorks with high performance for 120km/hr.Supports 350km/hr (Max Doppler Shift = 1.134 kHz).Mobility Speed1Frame = 10ms = 10 Subframe = 20 Time Slot = 140 or 120Symbols Radio Frame DurationHard Handover only (No Soft handover) Handover UL: 8 Process DL: 8 Process HARQUL: 1 typicallyDL: 1,2,4 Num of Tx antenna UL: DL: Arbitrary Num of Rx antenna
  • 31. 16-11.1 إعادة الاستخدام الجزئي للترددتستطيع المحطة القاعدية بفضل الـ OFDMA إرسال المعطيات إلى عدد كبير من المستخدمين. من جهة أخرىتتكون الشبكة الخليوية من عدد كبير من المحطات القاعدية، مما يجعل الإشارة التي يستقبلها المستخدم الموجودعلى حدود الخلية ع ر ض ة للتداخل مع الإشارات المرسلة من قبل المحطات القاعدية الأخرى على نفس الحواملالفرعية. كذلك أيضاا تكون الإشارة التي يرسلها المستخدم الموجود على حدود الخلية ع رضة للتداخل معالإشارات المرسلة من قبل المستخدمين في الخلايا المجاورة الذين يستخدمون نفس الحوامل الفرعية. لذلك منالضروري إيجاد طريقة لتقليل التداخل بحيث يتمكن المستخدم من إرسال واستقبال المعلومات بنجاح.تستخدم الأنظمة السابقة لحل هذه المشكلة تقنيتين مختلفتين: ففي أنظمة GSM تستخدم الخلايا المتجاورةحوامل ترددية مختلفة. وعادة ما تستخدم الخلية ربع المجال الترددي المتاح ) 25/4=6.25MHz في GSM800 )بمعامل إعادة استخدام 25% . تخفض هذه التقنية من التداخل بين الخلايا ولكنها لا تستخدم المجال التردديبشكل فعال. أما في أنظمة UMTS فت ستخ دم الحزمة الترددية بفعالية أكبر، حيث ي عاد استخدام نفس الحاملالترددي بالكامل في كل الخلايا بمعامل إعادة استخدام 100% ، ويتم تخفيض التداخل بالفصل بين الخلايا منخلال ضرب الإشارات الصاعدة والهابطة لكل خلية بـ Scrambling Code يميزها عن الخلايا المجاورة.أما في الجيل الرابع في عاد استخدام جزء من الحزمة الترددية في كل خلية، بطريقة ديناميكية تسمى إعادةالاستخدام الجزئي للتردد FFR كما تسمى أيض اا ICIC لكونها تتم بالتشاور بين المحطات القاعدية. حيثتقسم الخلية إلى منطقتين: المنطقة المحيطية والمنطقة المركزية حيث تتمتع الإشارات التي يرسلها أو يستقبلهاالمستخدمون القريبون م ن المحطة القاعدية المخدّمة باستطاعة تكفي لممانعة التداخل الذي ت سببه الخلايا المجاورة..) بينما تكون الإشارات التي يستقبلها أو يرسلها المستخدم البعيد أكثر تأثراا بالتداخل )الشكل - 16الشكل - 16 – التداخل بين الخلايا
  • 32. 17هناك ثلاثة أنماط رئيسية لعملية التشاور هذه ICIC schemes :-1 النمط الأول: يتم باستخدام مجموعات مختلفة من كتل الموارد في الخلايا المتجاورة، مما يحسن نسبةالإشارة إلى الضجيج على أطراف الخلية بشكل كبير، ولكن سلبية هذا النمط هو تخفيض سعة الخليةحيث أنها تؤدي إلى عدم إعادة استخدام جزء كير من كتل الموارد.-1 النمط الثاني: في هذا النمط فتقسم كتل الموارد في كل خلية إلى قسمين، القسم الأول يعاد استخدامهكاملاا في المنطقة المركزية في جميع الخلايا، أما القسم الثاني فيخصص للاستخدام في المنطقة المحيطيةبحيث تستخدم الخلايا مجموعات مختلفة من كتل الموارد في المنطقة المحيطية لكل منها.-3 النمط الثالث: وهو النمط المفضل غالباا، تستخدم فيه الاستطاعة بالإضافة إلى المجال الترددي لتخفيضالتداخل على حدود الخلية، حيث تخصص كتل الموارد بأسلوب مشابه للنمط الثاني مع رفع استطاعة.) الإرسال في المنطقة المحيطية للخلية )الشكل - 11لإجراء عملية التشاور بمرونة تتبادل المحطات القاعدية الرسائل عبر الواجهة X2 التي من خلالها يتم التفاوضبين الخلايا المتجاورة لتقاسم كتل الموارد في المناطق المحيطية لكل منها [2] .الشكل - 11 – تخفيض التداخل بين الخلايا بالتشاور بين الخلايا
  • 33. 18-12.1 طبقات شبكة الوصول الراديوي EUTRANتمر المعطيات في طور الإرسال وطور الاستقبال عبر خمس طبقات رئيسية موضحة في الشكل - 18 هي:-1 الطبقة الفيزيائية Physical Layer : لهذه الطبقة وظائف عديدة فهي مسؤولة عن التعديل وفك التعديلوترميز وفك ترميز القناة وهي مسؤولة عن تقدير وسبر القناة والتسوية ا ولإرسال والاستقبال بتقنيةOFDMA أو SC-FDMA وعملية إدارة تعدد الهوائيات المسماة Layer Mapping .-1 الطبقة MAC Layer : هي الطبقة المسؤولة عن الجدولة الديناميكية للموارد الراديوية وتضميم المعطياتللمستخدمين كما أنها مسؤولة عن تصحيح الخطأ بإعادة الإرسال الهجينة HARQ . يسمى الإطار فيهذه الطبقة بكتلة النقل TB . كما أنها مسؤولة عن الوصول العشوائي على الوصلة الصاعدة.-3 الطبقة RLC Layer : هي الطبقة المسؤولة عن تقطيع أو تجميع الأطر الواردة إليها من الطبقة PDCPحسب معدل النقل الذي تتيحه الطبقة MAC ( segmentation and re-assemply (، حيث يعتمدحجم الإطار في هذه الطبقة RLC PDU على حجم كتلة النقل، كما تجري فيها عملية إعادة الإرسالالتقليدية ARQ .-4 الطبقة PDCP : تقوم هذه الطبقة بوظائف التشفير وفك التشفير وكذلك تقوم بضغط ترويسة الإطارالوارد إليها من الطبقة IP وتسمى هذه العملية بـ ROHC .-5 الطبقة RRC : ترسل هذه الطبقة الأوامر التحكمية مباشرة إلى الطبقات الأدنى ولها وظائف عديدة أهمها تحديدحالة المستخدم ما إذا كان خاملا ا RRC_Idle في حال كان م وجود على الشبكة لكن بدون أ نشاط، أو نشطااRRC_Connected في حال كان يقوم بتبادل المعطيات على الشبكة. كما أنها مسؤولة عن عمليات التسليمHandover وإعادة اختيار الخلية cell reselection . [10]الشكل - 18 - طبقات شبكة الوصول الراديوي
  • 34. 19-13.1 التنوع المكاني Spatial Diversityتصنف أنماط الإرسال المتعدد MIMO المستخدمة في LTE إلى ثلاثة أصناف: التنوع المكاني Spatial Diversity (SD) التضميم المكاني Spatial Multiplexing (SM) وتشكيل حزمة الإشعاع Beamformingالتنوع المكاني SD هو النمط الأكثر شيوع اا ويهدف إلى زيادة وثوقية الإرسال والاستقبال بتحسين جودةالإشارة المستقبلة وتخفيض الخفوت باستخدام عدة هوائيات في طرفي الإرسال ا ولاستقبال. ويقسم إلى تنوعالاستقبال وتنوع الارسال.-1.13.1 تصنوع الاستقبال Recieve Diversityيطبق عادة على الوصلة الصاعدة، بالأسلوب المبين في الشكل - 19 ، حيث يتم إرسال الإشارة من جهازنقال ذو هوائي إرسال وحيد، وتستقبل المحطة القاعدية هذه الإشارة مرتين باستخدام هوائيي استقبال فتحصلعلى نسختين من الإشارة. تصل النسختين إلى هوائيي الاستقبال بانزياح صفحة مختلف لكل منهما، تتم إزالةهذا الاختلاف بتقدير القناة لكل هوائي. تستطيع المحطة القاعدية بعد ذلك تركيب هاتين النسختين باستخدامأحد تقنيات التركيب بدون مخاطر التداخل الهدام فيما بينهما.إذا خضعت النسختان لخفوت شديد في نفس اللحظة الزمنية، فإن الإشارة المركبة ستحمل استطاعة منخفضةفي هذه اللحظة. ولكن إذا كان مسافة التباعد بين هوائيي الاستقبال كافية، بحيث يؤدي ذلك إلى اختلافالمسارات التي تسلكها كل نسخة ومن ثم استقلال الخفوت الذي تعاني منه كل نسخة عن الأخرى، سيزيدذلك من فعالية تركيب النسختين حيث يقلل من أثر الخفوت في الإشارة المركبة وبالتالي يخفض معدل الخطأ.نادراا ما يكون تنوع الاستقبال على الوصلة الهابطة ذو فائدة وذلك لكون مسافة التباعد بين هوائيات استقبالالجهاز النقال محدودة. لذلك يمكن تطبيق تنوع الاستقبال على الوصة الهابطة باستخدام مفهوم تنوعالاستقطاب Polarization Diversity الذي يقوم على استقبال الإشارة الكهرطيسية بالمستوي E-Planeمن قبل هوائي واستقبالها بالمستوي H-Plane بهوائي آخر ثم تركيب المستويين مع اا تسمى هذه الهوائياتcrossed polarized antenna .الشكل - 19 - تخفيض الخفوت باستخدام تنوع الاستقبال
  • 35. 21-2.13.1 تصنوع الارسال Transmit Diversityيقلل تنوع الإرسال من أثر الخفوت باستخدام هوائيي إرسال أو أكثر. مشكلة هذا النمط أن الإشارات تجمعمع بعضها على هوائي استقبال وحيد مما يجعلها عرضة للتداخل الهدام فيما بينها بسبب اختلاف الطور. توجدطريقتان لحل هذه المشكلة، طريقة الحلقة المغلقة وطريقة الحلقة المفتوحة.-1 تصنوع الإرسال بطريقة الحلقة المغلقةيتم إرسال نسختين من الإشارة بعد إزاحة الصفحة لأحدهما أو كلاهما، تتم هذه الإزاحة بحيث تصلالنسختان على توافق في الصفحة في طرف الاستقبال. يتم تحديد مقدار الإزاحة بالاعتماد على المؤشر PMIالذي يتم حسابه في طرف الاستقبال وإبلاغ المرسل به الشكل - 20 . تضيف هذه الطريقة أزمنة تأخير فيالنظام، وخاصة في حالات الحركية العالية حيث يصبح المؤشر PMI سريع التغير. تناسب هذه الطريقة الحالاتالتي يكون فيها المستخدم ثابت أو بطيء الحركة، أما في حالات الحركية العالية فيستحسن استخدام طريقةالحلقة المفتوحة [2] .-2 تصنوع الإرسال بطريقة الحلقة المفتوحةتستخدم هذه الطريقة الترميز الكتلي الزماني المكاني STBC . يعتبر ترميز Alamouti أبسط أنواع الترميزSTBC . يبين الشكل - 21 الإرسال بطريقة Alamouti حيث يجري إرسال رمزين مختلفين s1,s2 علىهوائيي إرسال Tx1,Tx2 خلال فترتي رمز P1,P2 . في الفترة P1 يجري إرسال s1 على الهوائي Tx1 و s2على Tx2 . في الفترة P2 يتم إرسال –S2* عبر الهوائي Tx1 و S1* عبر Tx2 . يجري المستقبل العملية المعاكسةالتي تسمى فك الترميز الزماني المكاني. يمكن في LTE استخدام هوائي إرسال أو هوائيين أو أربعة [2] .الشكل - 21 - تنوع الإرسال بطريقة الحلقة المفتوحة باستخدام ترميز Alamoutiالشكل - 20 - تنوع الارسال بطريقة الحلقة المغلقة
  • 36. 21-14.1 التضميم المكاني Spatial Multiplexing-1.14.1 المبدأ العام للتضميم المكانييهدف التضميم المكاني SM إلى زيادة السعة بتحسين معدل النقل باستخدام عدة هوائيات في طرف الإرسالوالاستقبال. وهي تقنية جديدة لم تستخدم في الأنظمة التي سبقت LTE . حيث يجري ارسال عدة رموز مختلفةعلى التوازي كل رمز منها يتم إرساله عبر هوائي إرسال مختلف. ويكون معدل النقل الأعظمي لنظام يستخدمالتضميم المكاني بـ NR هوائي استقبال و NT هوائي إرسال متناسب طرد اا مع ) NR, NT ) min . وكما هو الحالفي التنوع المكاني فإن التضميم المكاني يناسب الحالات التي لايكون فيها خط نظر بين جهاز المستخدم والمحطةالقاعدية مما يقلل الترابط بين الإشارات المرسلة من عدة هوائيات.لنفترض للتبسيط أنه لدينا نظام يستخدم التضميم المكاني بـ 2Tx 2Rx كما هو مبين في الشكل - 22 .يقوم Layer Mapper بتحديد رتبة التعدد )عدد الإشارات المختلفة المرسلة باستخدام التضميم المكاني SM )بالاعتماد على المؤشر RI الذي يأخذ في حالتنا أحد قيمتين 1 أو 2 . عندما RI=1 يتم الارسال باستخدامتقنية التنوع المكاني SD وعندما RI=2 يتم استخدام التضميم المكاني SM .عندما RI=2 يتم إرسال الرمز s1 عبر الهوائي Tx1 و s2 عبر Tx2 بنفس اللحظة مما يضاعف معدل النقل.تصل الرموز المرسلة إلى هوائيي الاستقبال من أربعة مسارات منفصلة ويمكن كتابة الإشارات المستقبلة كما يلي:حيث x1 و x2 هي الإشارات المرسلة عبر هوائيي الارسال. و y1 و y2 هي الإشارات التي يستقبلها كل منهوائيي الاستقبال. و n1 و n2 هو الضجيج والتداخل المستقبل على كل منهما. يعبر عن التخميد في مطالالإشارة والإزاحة في الصفحة الناتجة عن مرورها في القناة اللاسلكية بين الهوائي المرسل j والهوائي المستقبل i .( 1 )الشكل - 22 - المخطط الصندوقي لنظام التضميم المكاني 2x2( 2 )
  • 37. 22بشكل عام تكون جميع المعاملات في المعادلتين السابقتين عقدية ويتكون كل معامل منها من مطال وصفحة.لتبسيط المثال سنفترض أن جميع هذه المعاملات حقيقية. وبفرض أن المرسل يستخدم التعديل BPSK وبالتاليولنفترض القيم التالية لبقية المعاملات:إن المهمة الأولى للمستقبل هي تقدير عناصر القنوات الأربعة Hij . لمساعدة المستقبل على ذلك يرسل المرسلرموزه المرجعية الثمانية التي تحدثنا عنها في 8.1 . أهم ما في الأمر أنه عندما يرسل أحد الهوائيين رموزه المرجعيةيكون الهوائي الآخر في حالة صمت ولا يرسل أي شيء على الاطلاق. يمتلك المستقبل بذلك معلومات كافيةعن القناة H11 و H21 H22 و H12 بالإضافة إلى و ، وبناء على ذلك يتم تقدير الرموز و . هناك عدةطرق لتقدير الرموز أبسطها الكاشف zero forcing التي تقوم على إيجاد الحل المشترك للمعادلتين ) 2 ( و) 1 )مع إهمال أثر الضجيج أي بجعل كالتالي:بتعويض ) 3 ) و) 4 ( في ) 5 ( و) 6 ( نحصل على: و وهذا التقدير متناسق معالرمزين المرسلين +1 و -1 .عندما ينعدم المقام في العلاقتين 5 و 6 لا يمكن تقدير أي من الرموز المرسلة ويصبح التضميم المكاني هدام اا. في مثلهذه الحالة تجري العودة إلى نمط التنوع المكاني، حيث يقيس المستقبل قيمة المقام فإذا كانت معدومة يرسل المؤشرRI=1 إلى طرف الإرسال ليتم العمل بنمط التنوع المكاني SD وإرسال و ، وإلا فيرسل المستقبلRI=2 ليتم الإرسال بنمط التضميم المكاني و . تسمى هذه الطريقة بالتضميم المكاني ذو الحلقةالمفتوحة.تبقى لدينا مشكلة واحدة وهي في حالة RI=1 عندما يكون لدينا و .بالتعويض في العلاقتين ) 1 ( و) 2 ( نجد أنه لا يصل إلى هوائيي الاستقبال سوى الضجيج والتداخل:يصبح التنوع المكاني SD في هذه الحالة هدّ اماا بالإضافة إلى كونها حالة تضميم مكاني SM هدّ ام. لحل هذهالمشكلة يرسل الجزء precoding الإشارات و بناء ا على قيمة المؤشر PMI التي يبلغ المستقبلبها. حيث يقوم المستقبل بعد تقدير القناة بحساب المجموعين و . فإن كان كلاالمجموعين معدوماا يبلغ المستقبل بقيمة PMI ليتم إرسال و بناءا عليها وإلا فيبلغ بقيمة PMI مختلفة وبناءا عليهايتم إرسال و . تسمى هذه الطريقة بالتضميم المكاني ذو الحلقة المغلقة closed loop spatial muliplexing .(3)
  • 38. 23-2.14.1 الوصول المتعدد باستخدام التضميم المكانييمكن استخدام التضميم المكاني SM للفصل بين المستخدمين على الوصلة الصاعدة وتسمى هذه التقنيةMU-MIMO لتمييزها عن طريقة التضميم المكاني المبينة الفقرة السابقة والتي تسمى SU-MIMO . يتم ذلكبنفس المبدأ العام للتضميم المكاني ولكن هذه المرة هوائيات الجهة المتحركة موجودة في جهازين نقالين مختلفين.يبين الشكل - 23 استخدام التضميم المكاني للفصل بين المستخدمين على الوصلة الصاعدة. حيث يرسل كلمن الجهازين UE1 و UE2 بنفس اللحظة وعلى نفس الحوامل الترددية وبدون استخدام CDMA وحتى بدونأن يكون لديهما معرفة بأنهما جزء من نظام التضميم المكاني. تستقبل المحطة القاعدية الإشارات المرسلة عبرهوائيي استقبال وتستغل معرفتها بحالة القناة لكل من المستخدمين لتفصل بينهما باستخدام أحد الكواشفكالكاشف Zero forcing Detector مثلا ا.يمكن استخدام هذه التقنية بشرط أن لا ينعدم المقام في العلاقتين 5 و 6 . ويمكن ضمان تحقق هذا الشرطلسببين، الأول أن الأجهزة النقالة غالباا ما تكون متباعدة عن بعضها مما يؤدي إلى استقلال تأثير القناةاللاسلكية على كل منها. والثاني أن المحطة القاعدية تمتلك الحرية باختيار المستخدمين المتباعدين عن بعضهموضمهم إلى نظام التضميم المكاني. لا تسبب تقنية MU-MIMO على الوصلة الصاعدة زيادة في معدل النقلبالنسبة للمستخدم ولكنها تزيد معدل النقل في المحطة القاعدية ككل المسمى Cell Throughput . كما يمكناستخدامها مع الأجهزة النقالة البسيطة التي لاتمتلك سوى هوائي إرسال وحيد.يمكن من الناحية النظرية استخدام MU-MIMO بنفس الأسلوب على ال وصلة الهابطة بهوائيي إرسال في المحطةالقاعدية وهوائيي استقبال كل منهما موجود في محطة نقالة مختلفة. إلا أن هذا الاستخدام يعاني من مشكلة،فحتى يستخلص المستخدم UE1 الرموز المرسلة إليه من بين الرموز المرسلة إلى UE2 يجب عليه أن يمتلكمعاملات القناة التي يقدرها المستخدم UE2 أي H21 و H22 ، وبالتالي على UE2 أن يرسل هذه المعاملات إلىUE1 مما يضيف أزمنة تأخير واستهلاك موارد إضافية في النظام، والحالة نفسها تحدث لدى المستخدم UE2أيض اا. لهذا السبب لا يستخدم MU-MIMO على الوصلة الهابطة وإنما من الشائع استخدام النمطينSU-MIMO و Beamforming على الوصلة الهابطة.الشكل - 23 - الوصول المتعدد بالتضميم المكاني على الوصلة الصاعدة
  • 39. 24-15.1 تصشكيل حزمة الإشعاع Beamformingيهدف هذا النمط إلى زيادة مساحة التغطية للخلية باستخدام مصفوفة هوائيات متكيفة في المحطة القاعديةللتحكم باتجاه حزمة الإشعاع وتوجيهها نحو مستخدم معين. يتم ذلك بتثقيل كل هوائي عنصري بمطال وانزياحطو ري يساهم في وصول الإشارات المرسلة من عدة هوائيات عنصرية على توافق بالصفحة إلى المستخدمالمقصود مما يجعل التداخل بينها بناء ا فتكون الاستطاعة المستقبلة أعلى، بينما تصل هذه الإشارات على تعاكسبالصفحة إلى بقية المستخدمين بما يجعل التداخل بينها هدام اا فتكون استطاعة التداخل أقل كما هو موضح فيالشكل - 24 . يسمح ذلك بتقليل التداخل وبالتالي زيادة النسبة SINR مما يحسن الأداء على الوصلة الهابطةفي المناطق المحاذية لحدود الخلية ويسمى هذا النوع بتشكيل حزمة الإرسال.لإيجاد شعاع التثقيل W لكل مستخدم نشط، توجد طريقتان لحساب W طريقة اتجاه الوصول DoA وطريقةتقدير القناة. تستخدم طريقة تقدير القناة لحساب شعاع التثقيل في أنظمة LTE-TDD هو نفسه للوصلةالصاعدة والوصلة الهابطة. بينما يكون الأمر أكثر صعوبة في حالة LTE-FDD وخاصة على الوصلة الهابطة.يوجد في أنظمة LTE-FDD طريقتين لحساب W :-1 Closed Loop Beamforming : تقوم المحطة القاعدية بإرسال codebook معروف لدى الجهازالنقال، يقوم الجهاز النقال بتبليغ المحطة القاعدية بالبتات التي تكون فيها النسبة SINR أعظمية من خلالالمؤشر الراجع CSI ، مشكلة هذه الطريقة أن حجم الـ codebook من أجل معدل خطأ معين يزدادبازدياد عدد هوائيات الإرسال مع العلم أن هناك عدد محدود من بتات التغذية الخلفية المتاحة للمستخدم.-1 Open Loop Beamforming : يتم فيها تقدير القناة على الوصلة الصاعدة من قبل المحطة القاعدية.يتم إستخدام معلومات حالة القناة في الوصلة الصاعدة -كتحديد اتجاه الوصول DoA للوصلة الصاعدة-للحصول على معلومات القناة للوصلة الهابطة. ينخفض أداء هذه الطريقة المدن حيث تخفض المبعثراتدقة تحديد اتجاه الوصول [11] .وبشكل عام فإن استخدام تشكيل حزمة الإشعاع في أنظمة LTE-TDD أكثر شيوعاا من استخدامه فيأنظمة LTE-FDD بسبب صعوبة الحصول على شعاع التثقيل فيها.يستحسن في تشكيل حزمة الإشعاع أن تكون الهوائيات متقاربة من بعضها قدر الإمكان، يضمن ذلك ترابطالإشارات المرسلة عبر عدة هوائيات. وهذا بخلاف حالتي التنوع المكاني والتضميم المكاني حيث يستحسنفيهما أن تكون الهوائيات متباعدة قدر الإمكان بما يضمن استقلال الإشارات عن بعضها. وبالتالي يمكنللمحطة القاعدية استخدام مجموعتين من الهوائيات هما مجموعة الهوائيات المتقاربة لاستخدامها في تشكيل حزمةالاشعاع ومجموعة الهوائيات المتباعدة لاستخدامها في نمطي التنوع المكاني والتضميم المكاني.
  • 40. 25-16.1 التعديل وتصرميز القناة المتكيف AMCإن جودة الإشارة التي يستقبلها أو يرسلها الجهاز النقال تعتمد على جودة قناة الإرسال ومقدار التداخل معالخلايا المجاورة. لتحسين السعة والتغطية من أجل استطاعة إرسال معينة، يجب على المحطة لقاعدية أن توائم مابين معدل النقل ونسبة الإشارة إلى التداخل والضجيج لكل مستخدم على حدا وذلك في الوصلتين الصاعدةوالهابطة. يسمى هذا بالتعديل والترميز المتكيف والذي يتضمن موائمة رتبة التعديل مع ترميز القناة بحيث يحصلالمستخدم على أعلى معدل نقل يمكن تحقيقه مع الحفاظ على جودة الإشارة.رتصبة التعديل: يتميز التعديل ذو الرتبة المنخفضة مثل QPSK بمتانته أمام المستويات المرتفعة للتداخل والضجيجإلا أنه يؤمن معدلات نقل منخفضة. بينما يؤمن التعديل ذو الرتبة المرتفعة مثل 64QAM معدلات نقلمرتفعة ولكنه أكثر عرضة للخطأ نظراا لحساسيته للتداخل والضجيج وتقدير القناة ولذلك من المفيد استخدامهعند توفر نسبة كافية من SINR .معدل الترميز: من أجل رتبة تعديل معينة، يمكن اختيار معدل ترميز القناة حسب ظروف القناة الراديوية.يستخدم ترميز قناة بمعدل منخفض في ظروف القناة السيئة. بينما تستخدم معدلات ترميز مرتفعة عند توفرSINR مرتفعة.بالنسبة للوصلة الهابطة تختار المحطة القاعدية نمط التعديل والترميز اعتماداا على مؤشر جودةالقناة الراجع CQI الذي يبلغها به الجهاز النقال. يقوم المستخدم باختيار قيمة CQI المناسبة بالاعتماد علىعتبة معينة لمعدل الخطأ بالكتلة BLER للإشارة المستقبلة. وتتم العملية بشكل مماثل على الوصلة الصاعدةحيث تتحكم المحطة القاعدية باختيار نمط التعديل والترميز، بتقدير القناة على الوصلة الصاعدة بشكل مباشرأثناء سبر القناة channel sounding . توفر أنظمة LTE 29 نمطاا محتلفاا من أنماط التعديل والترميز سنأتي إلىتفصيلها لاحقاا [12] .الشكل - 24 - تشكيل حزمة الإشعاع على الوصلة الهابطة
  • 41. 26-17.1 السعة في الأنظمة الخليويةيعبر مفهوم السعة في الأنظمة الخليوية عن قدرة النظام على تأمين معدلات النقل المطلوبة لجميع المستخدمينالمتواجدين في الحيز الجغرافي للشبكة. نميز في الشبكات الخليوية بين سعة القناة وسعة الشبكة وسعة الخلية..1 تعرف سعة القناة بشكل عام بأنها الحد الأعلى لمعدل النقل في واحدة التردد الذي يمكن تقديمه ضمنخلية واحدة ويساوي إلى مجموع معدلات النقل بواحدة التردد لجميع المستخدمين في الخلية [2] . تعطىعلاقة شانون لسعة القناة الغوصية AWGN كالتالي:حيث C هي سعة القناة الغوصية و B العرض الترددي للقناة و SINR نسبة الإشارة إلى الضجيج والتداخل.توجد ثلاث أساليب لزيادة سعة شبكة الاتصال الخليوي يمكن فهمها بالتمعن في علاقة شانون [2] :a ) تصاغير الخلايا: بزيادة عدد المحطات القاعدية وتخفيض استطاعة الارسال في كل منها يمكن زيادةالسعة للحصول على عدة نسخ مكررة من العلاقة ) 1(. يمكن أن تزيد هذه الط ريقة معدل التسليمhandoff بالإضافة إلى أنها مكلفة.b ) زيادة عرض الحزمة الترددية: تعتبر من أكثر الأساليب فاعلية في زيادة السعة. إلا أن المجال الطيفيالمتاح للاتصالات الخليوية محدود بما يتفق مع قوانين منظمة ITU العالمية التي تدير الطيف الراديوي.c ) استخدام تصقنيات اتصاال متطورة: يجلب استخدام تقنيات متطورة في نظام الاتصال الخليوي عدةفوائد تؤدي إلى زيادة SINR والاقتراب أكثر من السعة النظرية للقناة من خلال زيادة فعاليةالاستطاعة والفعالية الطيفية. هذه التحسينات والتطويرات في تقنيات الاتصال هي السبب الرئيسيوراء وجود أنظمة LTE وهي محط اهتمامها..1 سعة الخلية: هي مجموع معدلات النقل الوسطى التي تؤمنها الخلية لجميع المشتركين المتواجدين ضمنالحيز الجغرافي للخلية..3 سعة الشبكة: هي مجموع )السعات( معدلات النقل الوسطى التي تؤمنها الشبكة لجميع المشتركينالمتواجدين ضمن الحيز الجغرافي للشبكة الخليوية.-18.1 أهداف تخطيط الشبكة الخليويةإن تخطيط الشبكة الخليوية هي عملية معقدة تتكون من عدة مراحل الهدف النهائي منها تحديد التصميمالشبكة الذي تقام على أساسه الشبكة الخليوية. ينجم التعقيد في عملية التخطيط من صعوبة دمج جميعمتطلبات الشبكة الخليوية والقيود والموارد المتاحة للمشغل بأسلوب أمثلي بحيث نحصل على تصميم شبكة تحققالأداء المطلوب منها بأقل تكلفة إقتصادية.إن المتطلبات الأساسية للشبكة الخليوية هي تلبية أهداف التغطية والسعة. وهي ترتبط بتج ربة المستخدم النهائيللشبكة. تهتم التغطية بتأمين وصول الإشارة الراديوية إلى المستقبل الموجود ضمن الحيز الجغرافي للشبكة
  • 42. 27باستطاعة كافية لإجراء عملية الاستقبال بنجاح على الوصلتين الصاعدة والهابطة باحتمال تغطية محدد. بينماتهتم السعة بتأمين معدلات النقل التي يطلبها المشتركون من الشبكة الخليوية. لذلك من المهم تحديد أهدافالشبكة الخليوية بشكل جيد قبل البدء بالتخطيط، من هذه الأهداف على سبيل المثال:- المساحة الجغرافية المطلوب تغطيتها بالشبكة الخليوية- معدل النقل الأعظمي المطلوب لتخديم مستخدم على حدود الخلية Target Cell Edge Rate- احتمال التغطية على أطراف الخلية Cell edge probability- الخدمات التي يرغب المشغل بتقديمها- عدد السكان المتواجدين ضمن المساحة الجغرافية للشبكة الخليوية- حمل الخلية Cell Load- السرعة العظمى لحركة لجهاز النقال- التأخير الأعظمي المسموح بهيدور التخطيط الراديوي لشبكات الاتصال الخليوية في الجيلين الثاني والثالث حول تخفيض التداخل بين الخلايامن أجل تحقيق السعة المطلوبة باستخدام أقل عدد ممكن من المحطات القاعدية. فنجد أن التخطيط الراديوي فيأنظمة الجيل الثاني يقوم بشكل أساسي على التخطيط الترددي Frequency Planning الذي يهتم بإعادةاستخدام التردد بعد مسافة معينة ل زيادة سعة النظام من خلال تكرار استخدام المورد الترددي وتقليل التداخلبين الخلايا من خلال الفصل بالتردد بين خلايا العنقود الواحد cluster . ومن الشائع في أنظمة الجيل الثانياستخدام عنقود بحجم أربعة خلايا.بينما يتمحور التخطيط الراديوي في شبكات الجيل الثالث ح ول تخطيط الكود Scrambling Code Planning . يهدف تخطيط الكود إلى تخفيض التداخل بين الخلايا بالاعتماد على عنقود Cluster يتكون منمجموعة من الخلايا يـ فْ صل بينها بأكواد رئيسية مختلفة عددها الأعظمي 512 كود تستخدم دون تكرار ضمنالعنقود الواحد ثم يعاد استخدام العنق ود عدة مرات على امتداد الحيز الجغرافي للشبكة لزيادة السعة.أما في الجيل الرابع فقد تم حل مشكلة التداخل بين الخلايا باستخدام أسلوب التشاور بين المحطات القاعديةلتقليل التداخل ICIC . تتم عملية التشاور هذه بشكل ديناميكي بين المحطات القاعدية حسب حاجة كلمحطة. حيث يتم تقسيم كتل الموارد بين الخلايا المتجاورة بحيث تستخدم كل خلية مجموعة من كتل الموارد فيمنطقتها المحيطية مختلفة عن تلك المستخدمة في المناطق المحيطية للخلايا المجاورة. لقد أدى استخدام التشاور بينالخلايا لتخفيض التداخل ICIC إلى زوال الحاجة إلى التخطيط من أجل تخفيض التداخل وزوال قيد التداخلالذي لازم تخطيط السعة في الأجيال السابقة فلم يعد تخفيض التداخل هدفاا من أهداف التخطيط في الجيلالرابع. لقد سمح ذلك بتحويل هدف التخطيط الراديوي ليركز أكثر على تحقيق متطلبات المشتركين ومتطلباتالمشغل أثناء تخطيط التغطية ا ولسعة بدلاا من التركيز على تخفيض التداخل.إضافة إلى ذلك يختلف التخطيط في الجيل الرابع عن التخطيط في الجيل الثاني والثالث بالنقاط التالية:
  • 43. 28- يتأثر التخطيط باختلاف عرض الحزمة، بسبب المرونة في اختيار عرض الحزمة المناسب للسعة المطلوبة.- يتأثر التخطيط بتقنية تعدد الهوائيات المستخدمة: إما بدعم التغطية من خلال التنوع المكاني أو دعم السعةمن خلال التضميم المكاني.- توزع أنماط التعديل والترميز MCS ضمن الخلية.وبشكل عام فإن أداء الخلية محدود بمعاملين أساسيين هما التغطية والسعة. إن خلية بتغطية لانهائية وسعة لانهائيةهي خلية غير قابلة للتحقيق عملياا لعدة أسباب. فتحقيق تغطية لانهائية بخلية واحدة يتطلب استطاعة إرساللانهائية، بينما يتطلب تحقيق خلية بسعة لانهائية عرض حزمة لانهائي. لذلك نحتاج لتلبية متطلبات التغطيةوالسعة ضمن الحيز الجغرافي للشبكة الخليوية بخلية واحدة استطاعة إرسال هائلة وعرض حزمة كبير جداا،وبالتالي لابد من استخدام عدة خلايا لتحقيق أهداف التغطية والسعة.تزداد أهمية التغطية في المناطق الريفية حيث أن قلة كثافة المشتركين وتواضع متطلباتهم تحرض على تغطية المناطقالريفية بعدد قليل من المحطات القاعدية مما يزيد مساحة التغطية للخلية، وهذا بدوره يزيد احتمال ألا تصل إلىالجهاز النقال الموجود على أطراف الخلية إشارة قوية بما يكفي لاستقبال المعلومات المرسلة. بينما تزداد أهميةالسعة في المدن حيث أن توزع المستخدمين في المنطقة وكمية ونوعية وجودة الخدمات التي يطلبها المشتركين فيالمدن تفرض على الخلية معدل نقل أعلى مقارنة بالمناطق الريفية. كما تتعلق التغطية والسعة ببعضهما في أنظمةLTE حيث يؤدي توسيع تغطية الخلية )حجم الخلية( إلى تقليص سعتها، وتؤدي زيادة سعة الخلية إلى تقليصتغطيتها [8] .
  • 44. 29-19.1 مراحل التخطيط الخليويإن التخطيط الخليوي عملية معقدة تتألف من عدة خطوات يمكن تلخيصها بالمراحل المبينة في الشكل - 25 :-1.19.1 التخطيط الأولي Initial Planningتتضمن هذه المرحلة عملية ضبط الأبعاد Dimensioning وتهدف إلى حساب العدد الأصغري للمحطاتالقاعدية اللازمة لتحقيق أهداف التغطية والسعة )الشكل - 16 (، وتقسم إلى: ضبط أبعاد التغطية: ويتم فيها حساب ميزانية الوصلتين الصاعدة والهابطة وإسقاطهما على نموذج الانتشارلتحديد حجم الخلية، ومن ثم حساب عدد الخلايا Ncoverage اللازمة لتحقيق هدف التغطية. ضبط أبعاد السعة: يهتم هذا الجزء بمعدل النقل المطلوب من الشبكة ومعدل النقل الذي يمكن أن تقدمهالخلية الواحدة وعدد المشتركين في الشبكة وكمية ونوعية الخدمات المطلوبة. ثم إيجاد عدد الخلاياNcapacity اللازمة لتحقيق هدف السعة.ويكون عدد الخلايا اللازم لتحقيق أهداف التغطية والسعة معاا هو Max (Ncoverage , Ncapacity) .الشكل - 16 – تخطيط التغطية والسعة لحساب عدد الخلايا-2.19.1 التخطيط التفايلي Detailed Planningتأخذ هذه المرحلة بعين الاعتبار اختلاف عدم تجانس المنطقة والموارد المتاحة لكل خلية وكثافة ونوعية المشتركينعلى امتداد الحيز الجغرافي للشبكة مما يعطي نتائج أكثر دقة لعدد وموقع خلايا الشبكة. تتم هذه المرحلةبالاعتماد على عدد كبير من جدوال القياسات والنشرات الإحصائية الخاصة بكل موقع. يجب الحصول علىهذه المعطيات قبل البدء بالتخطيط التفصيلي الذي يتضمن:الشكل - 25 المراحل الأساسية في التخطيط الراديويالتخطيط الأوليInitial Planning ضبط أبعاد التغطية ضبط أبعاد السعةالتخطيط الأمثليOptimization التأكد والبحث عن الأخطاءالتخطيط التفصيليDetailed Planning التخطيط التفصيلي للتغطية التخطيط التفصيلي للسعة
  • 45. 31 تخطيط التغطية: ويتضمن تحديد عدد ومواقع المحطات القاعدية بالأخذ بعين الاعتبار المعطيات التفصيلية. تخطيط السعة: ويتم فيه دمج نتائج تخطيط التغطية مع التوزع الإحصائي لكثافة المستخدمين ليتم توزيعالسعة بينهم. تعالج السعة في النقاط الساخنة بعناية أكبر وأساليب خاصة لتحقيق الاحتياجات المتوقعة. تخطيط الجوار: إن عملية التخطيط التفصيلي تتم بإجراء ضبط الأبعاد لكل منطقة جزئية من الحيز الجغرافيللشبكة الخليوية على حدا، ينتج عن ذلك خلايا بأحجام مختلفة مما يزيد صعوبة ترصيع الخلايا المتجاورةذات الأحجام المختلفة دون ترك فراغات فيما بينها، يهتم تخطيط الجوار بهذه المسألة للأخذ بعين الاعتبارعدم تجانس الخلايا.تنتهي هذه المرحلة بمرحلة تحسين ماقبل الإطلاق Optimization Pre-lanch ، يستخدم فيها خلايا تجريبيةلاختبار نتائج التخطيط ا ولبحث عن الأخطاء وتصحيحها بتحسين خوارزميات التخطيط المستخدمة. تجريبعدها الموافقة على تنفيذ نتائج التخطيط.-3.19.1 التخطيط الأمثل Optimized Planningالتخطيط الأمثل هو المرحلة الأخيرة للتخطيط وتبدأ بعد تنفيذ مخطط الشبكة الخليوية على الأرض، ويجري فيهاتحسين الأداء بالتأكد من كون التخطيط يحقق متطلبات الشبكة. إن مرحلة التخطيط الأمثل هي مرحلة دائمةولاتنتهي طيلة حياة الشبكة، فمنذ اللحظة الأولى لتأسيس الشبكة الخليوية تبدأ مسؤولية المشغل في التنقيبالمستمر عن عيوب الشبكة والبحث عن ثقوب التغطية والسعة. تتم عمليات التحسين بالاعتماد علىالقياسات التي تجري ضمن مستويين: القياسات على مستوى الشبكة والقياسات على مستوى الخلية كماتعتمد هذه المرحلة على شكاوي المشتركين لتصحيح عيوب الشبكة.نهتم في هذا المشروع بالتخطيط الأولي للشبكة الراديوية، وذلك لثلاثة أسباب الأول أن التخطيط الأولييستخدم قيم نموذجية ونماذج أبسط لنمذجة بارامترات الشبكة الراديوية، والسبب الثاني عدم توفر القياساتوالإحصاءات والمعلومات التفصيلية الكافية لإجراء التخطيط التفصيلي للشبكة الخليوية والسبب الثالث أنالتخطيط التفصيلي للتغطية والسعة شبيه بالتخطيط الأولي من حيث المبدأ. علماا أن هناك إمكانية لتطويرالمشروع في المستقبل ليشمل مرحلة التخطيط التفصيلي في حال توفر المعطيات التفصيلية الكافية.ضبط أبعاد الشبكة الراديوية هو تحليل مبسط للشبكة الراديوية يهدف إلى إيجاد العدد التقريبي للمحطاتالقاعدية اللازمة لتحقيق متطلبات الشبكة من حيث التغطية والسعة. يعتمد ضبط الأبعاد على اختيار نموذجالانتشار Propagation Model ونموذج كثافة الحركة Traffic Model المناسبين ومجموعة من المعاملاتالأخرى لحساب فقد المسار الأعظمي المسموح به ومعدل النقل الوسطي للخلية ومعدل النقل الوسطي للشبكةوقطر الخلية وانتهاءا بعدد الخلايا اللازم لتحقيق أهداف الشبكة. [13]
  • 46. 31الفصل الثانيضبط أبعاد التغطيةضبط أبعاد التغطية هي المرحلة الأولى من مراحل التخطيط الراديوي نحصلفي نهاية هذه المرحلة على تقدير لعدد الخلايا اللازمة لتحقيق أهداف التغطيةومراعاة القيود المفروضة على الشبكة الخليوية للوصلتين لصاعدة والهابطة.-1.2 خطوات ضبط أبعاد التغطيةيضم ضبط أبعاد التغطية ثلاث خطوات رئيسية :) تطبق على الوصلتين الهابطة ا ولصاعدة )الشكل - 11 حساب ميزانية الوصلة ال راديوية: وهو حساب جميع الأرباح والخسارات الذي تخضع له استطاعة الإشارةأثناء انتقالها في كامل نظام الاتصال من المرسل عبر القناة إلى المستقبل. ينتج عن هذه الخطوة نموذج فقدالمسار ومقدار فقد المسار الأعظمي الذي يسمح به النظام. حساب مساحة الخلية: يسمح اختيار نموذج الانتشار المناسب بالاستفادة من قيمة فقد المسار الأعظميللحصول على نصف قطر الخلية، وبالاعتماد عليه نقوم بحساب مساحة الخلية. حسابات التغطية: نقوم في هذه الخطوة بتحديد عدد المحطات القاعدية اللازمة بقسمة مساحة الحيزالجغرافي الكلي للشبكة على مساحة الخلية الواحدة.الشكل - 11 – خطوات ضبط أبعاد التغطية
  • 47. 32-2.2 حساب ميزانية الوصلة الراديوية الهابطة DL RLB-1.2.2 مدخلات ميزانية الوصلة الراديوية الهابطة DL RLB Inputsيبين الجدول 1 مدخلات ميزانية الوصلة الهابطة بأقسامها الأربعة التي ستناقش بالتفصيل، تجتمع هذهالمعاملات لحساب فقد المسار الأعظمي المسموح به MAPL .معاملات أخرى معاملات المحطة النقالة معاملات المحطة القاعدية معاملات النظامحمل الخلية نمط تعدد الهوائيات نمط تعدد الهوائيات نمط الازدواجيةضياع التغلغلربح هوائي الإستقبالإستطاعة الإرسالالحزمة الترددية المشغلةاحتمال التغطية ضياع الجسم ربح هوائي الإرسال عرض الحزمة التردديةهامش الظلالضجيج الحراريضياع مضخم القمةفعالية عرض الحزمةربح الجدولة الترددية رقم الضجيج ضياعات خطوط النقل نموذج القناةربح التسليمنسبة الاستطاعة إلىالتداخل والضجيجإستطاعة الإشعاعالآيزوتروبية المكافئةنمط الإزدحامربح إعادة الإرسال الهجينة حساسية المستقبلربح مضاعفة زمن الإرسالربح توجيه حزمة الإشعاعهامش التداخلالجدول 1- مدخلات ميزانية الوصلة الراديوية الهابطة
  • 48. 33-2.2.2 معاملات النظام System parameters-1.2.2.2 نمط الازدواجية Duplex modeيوجد نمطان للازدواجية في الجيل الرابع يبين الجدول 3 مقارنة عامة بينهما:الازدواجية الترددية FDDالازدواجية الزمنية TDDللوصلة الهابطة حامل ترددي مختلف عن الحامل التردديللوصلة الصاعدة وبالتالي يمكن الإرسال بالاتجاهين في نفس) اللحظة )الشكل - 18للوصلتين الهابطة والصاعدة نفس الحامل الترددي وبالتالي لا يمكنالإرسال بالاتجاهين في نفس اللحظة الزمنية )الإطار الراديوي مقسمبين الوصلتين وفق أحد سبعة أنماط ممكنة(حصة الوصلة الهابطة 100% من مدة الإطار الراديويتتراوح حصة الوصلة الهابطة مابين 20% إلى 80% من مدة الإطارالراديويحصة الوصلة الصاعدة 100% من مدة الإطار الراديويتتراوح حصة الوصلة الصاعدة مابين 10% إلى 60% من مدةالإطار الراديوي19 حزمة ترددية مزدوجة ممكنة11 حزمة ترددية أحادية ممكنةالمزايا:- تأخير أقل- انزياح دوبلر أقل وبالتالي دعم أفضل لحركية الجهاز النقال- لاتوجد أزمنة ضائعة في التبديل بين الاتجاهين الصاعدوالهابط مما يسمح باستغلال 10% أو 20% من مدةالإطار الراديوي لدعم سعة الخلية.المزايا:- تناسب الأنظمة اللامتناظرة، حيث تراعي اختلاف انشغاليةالوصلة الهابطة عن انشغالية الوصلة الصاعدة، وبالتالي فعاليةأكبر في استخدام الطيف في هذه الحالة.- تسهل استخدام تقنية تشكيل حزمة الإشعاع Beamforming- التحكم بالاستطاعة أكثر دقة.الجدول 3- مقارنة بين نمطي الازدواجية الزمنية والتردديةنهتم في هذا المشروع بتخطيط الخلايا لأنظمة الجيل الرابع ذات الازدواجية الترددية ونترك –لأسباب ذكرناهاسابق اا- تخطيط الأنظمة ذات الازدواجية الزمنية كأفق مستقبلي لهذا المشروع.الشكل - 18 – نمط الازدواجية الترددية ونمط الازدواجية الزمنية
  • 49. 34-2.2.2.2 الحزم الترددية المشغلة في LTE ( Operating Bands )يؤثر تردد الحزمة المطبق بشكل مباشر على فقد المسار PL فكلما كان تردد الحزمة أعلى كلما ازداد فقد المسارمما يخفض قطر الخلية [8] . فاستخدام حامل بتردد مركزي منخفض ) 800MHz مثلا ا( مرتبط بالخلايا كبيرةالحجم لذلك تستخدم في البيئات الريفية، بينما ترتبط الحوامل ذات تردد مركزي مرتفع ) 2600MHz مثلا ا(بالخلايا الصغيرة لذلك يفضل الاحتفاظ بها لتعزيز السعة في المدن. يتصف الإرسال على الوصلة الصاعدة بأنهمحدود الاستطاعة مما يحد من التغطية، ولتحسين أداء التغطية على الوصلة الصاعدة يتم عادة في النمط FDDتخصيص الحامل الترددي الأخفض للوصلة الصاعدة.يبين الجدول 4 الحزم الترددية في الجيل الرابع [14] .Potential Spectrum (MHz) Duplex Gap (MHz) Duplex Mode Downlink Frequency Band (MHz)Uplink Frequency Band (MHz)Name EUTRA Band 60 190 FDD 2110 – 2170 1920 – 1980 2100 16080FDD1930 – 19901850 – 19101900 PCS2 75 95 FDD 1805 – 1880 1710 – 1785 1800 + 345400FDD2110 – 21551710 – 1755AWS4 25 45 FDD 869 – 894 824 – 849 850 51045FDD875 – 885830 – 840UMTS only6 70 120 FDD 2620 – 2690 2500 – 2570 2600 73545FDD925 – 960880 – 9159008 35 95 FDD 1844.9 – 1879.9 1749.9 - 1784.9 1800 960400FDD2110 – 21701710 – 1770AWS +10 20 48 FDD 1475.9 – 1495.9 1427.9 - 1447.9 1500 lower 111730FDD729 – 746699 – 716700 ac1210 -31 FDD 746 – 756 777 – 787 700 c 1310-30FDD758 – 768788 – 798700 PS14 Reserved . . .1230FDD734 – 746704 – 716700 bc17 15 45 FDD 860 – 875 815 – 830 800 lower 181545FDD875 – 890830 – 845800 upper19 30 -41 FDD 791 – 821 832 – 862 800 DD 201548FDD1495.9 – 1510.91447.9 – 1462.91500 upper21 Reserved . . .20ـــــــــــــــــــTDD1900 – 1920TD 190033 15 ـــــــــــــــــــ TDD 2010 – 2025 TD 2000 3460ـــــــــــــــــــTDD1850 – 1910TD PCS lower3560 ـــــــــــــــــــ TDD 1930 – 1990 TD PCS upper 3620ـــــــــــــــــــTDD1910 – 1930TD PCS center37 50 ـــــــــــــــــــ TDD 2570 – 2620 TD 2600 3840ـــــــــــــــــــTDD1880 – 1920TD 1900 +39 100 ـــــــــــــــــــ TDD 2300 -2400 TD 2300 40194ـــــــــــــــــــTDD2496 – 2690TD 250041 200 ـــــــــــــــــــ TDD 3400 – 3600 TD 3400 42200ـــــــــــــــــــTDD3600 – 3800TD 360043 100 ـــــــــــــــــــ TDD 703 – 803 TD 700 44الجدول 4- الحزم الترددية في LTE
  • 50. 35-3.2.2.2 عرض الحزمة الترددية للقناة Channel Bandwidthيتعلق عرض الحزمة الترددية للقناة بالحزمة الترددية المستخدمة وخصائص المحطات القاعدية المتوفرة وخصائصالأجهزة النقالة. يبين الجدول 5 عرض الحزمة الذي توفره كل حزمة ترددية [14] . تبين علاقة السعة لشانون أناستخدام عرض حزمة أكبر مفيد جداا لزيادة سعة الخلية. ولكن من جهةالأحد/الإثنين/الثلاثاء/الأربعاء/الخميس/الجمعةأخرى يسبب هذا نقصان قطر الخلية لسببين هما:.1 إذا افترضنا ثبات الاستطاعة المقدمة للحوامل الفرعية، عندئذ بزيادة عرض الحزمة يزداد عدد الحواملالفرعية وبالتالي تنقص الاستطاعة المقدمة لكل حامل فرعي وهذا يخفض قطر التغطية للخلية [8] ..1 يتبين من علاقة استطاعة الضجيج الحراري N=KTB أن زيادة عرض الحزمة تسبب زيادة في استطاعةالضجيج وبالتالي انخفاض النسبة SINR مما يحد من أداء التغطية.EUTRA Band / Channel Bandwidth20 MHz 15 MHz 10 MHz 5 MHz 3 MHz 1.4 MHz EUTRA BandYESYESYESYES1 YES YES YES YES YES YES 2YESYESYESYESYESYES 3 YES YES YES YES YES YES 4YESYESYESYES 5 YES YES 6YESYESYESYES7 YES YES YES YES 8YESYESYESYES9 YES YES YES YES 10YESYES11 YES YES YES YES 12YESYES13 YES YES 14. . .YES YES 17YESYESYES18 YES YES YES 19YESYESYESYES20YES YES YES 21. . . YES YES YES YES 33YESYESYES34 YES YES YES YES YES YES 35YESYESYESYESYESYES 36 YES YES YES YES 37YESYESYESYES38 YES YES YES YES 39YESYESYESYES40 YES YES YES YES 41YESYESYESYES42 YES YES YES YES 43الجدول 5- عرض الحزمة الذي توفره كل حزمة ترددية
  • 51. 36-4.2.2.2 عدد كتل الموارد Number of RBبزيادة عرض الحزمة يزداد عدد الحوامل الفرعية مما يزيد كتل الموارد المتاحة للنظام مما يسمح ب زيادة معدل النقل.) في الخلية )الشكل - 19الشكل - 19 - عدد الحوامل الفرعية الذي يتيحه عرض الحزمة المختار-5.2.2.2 عرض الحزمة الفعال وفعالية عرض الحزمةعرض الحزمة الفعال Effective BW هو الجزء من عرض الحزمة المستخدم لنقل المعطيات والأوامر التحكمية،حيث يترك جزء من الطيف كهامش حماية على جانبي الحزمة. يسبب الإرسال خارج عرض الحزمة الفعال زيادةالتداخل الذي تسببه الحزم الترددية المجاورة. يعطى عرض الحزمة الفعال بالعلاقة:تحسب فعالية عرض الحزمة BW Efficiency من العلاقة:يبين الجدول 6 عرض الحزمة الفعال وفعالية عرض الحزمة لمختلف الأحجام الممكنة لعرض حزمة القناة.Bandwidth EfficiencyEffective Bandwidth (MHz) Number of Subcarrier Number of Resource Blocks Channel Bandwidth (MHz) 77.14% 1.08 72 6 1.490.00%2.70180153 90.00% 4.50 300 25 590.00%9.006005010 90.00% 13.50 900 75 1590.00%18.00120010020الجدول 6 – عرض الحزمة الفعال وفعالية عرض الحزمة
  • 52. 37-6.2.2.2 نمط الازدحام Clutter Typeإن خفوت تعدد المسارات وخفوت الظل يتعلق بازدحام بيئة الانتشار مما يؤثر على مساحة التغطية. تعرفنماذج الانتشار صيغة لفقد المسار تختلف باختلاف ازدحام بيئة الانتشار. يوجد أربعة أنماط أساسية للازدحام،يتعلق كل نمط منها بمتوسط ارتفاع الأبنية في المنطقة وكذلك المسافة الفاصلة بين الأبنية وكثافة الأبنية، يوضحالجدول 7 القيم العددية التي تحدد طبيعة الازدحام في المنطقة [3] :Density of Buildings Average distance between buildingsAverage buildings height> 35%10m - 20m> 30m Dense Urban8% - 35% 20m ~20m Urban3% - 8%30m to 50m~10m Suburban< 3% >50m < 5m Ruralالجدول 7 - أنماط الازدحام في وسط الانتشار-7.2.2.2 نموذج القناة channel modelمن المهم لحساب ميزانية الوصلة تحديد ظروف تعدد المسارات للقناة بما في ذلك من انتشار التأخير وطيفدوبلر. يتم توصيف انتشار التأخير بعدد المسارات المتأخرة Taps التي يمكن معالجتها، ولكل مسار زمن تأخيرواستطاعة محددة. بينما يتم توصيف طيف دوبلر بشكل الطيف الكلاسيكي Clarke وبانزياح دوبلرالأعظمي. تعرف 3GPP أربعة نماذج أساسية لقناة تعدد المسارات مبينة في الجدول 8 [14] :إن انتشار التأخير هو 410ns من أجل نموذج القناة EPA و 2510ns من أجل EVA و 5000ns لنموذجالقناة ETU .يدعم هذا المشروع النموذجين: EPA5Hz وهو يسمح بسرعة عظمى لحركة الجهاز النقال مابين 2~7 km/hr تبعاا للحزمة المشغلة. ETU70Hz ويسمح بسرعة عظمى لحركة الجهاز النقال تتراوح مابين 28~102 km/hr .الجدول 8 - نماذج قناة تعدد المساراتHigh Speed TrainExtended Typical Urban (ETU) Extended Vehicular A (EVA)Extended Pedestrian A (EPA)750Hz 70Hz - 300Hz 5Hz – 70Hz 5Hz Maximum Doppler shift1997 delay Taps 0.0 0 -1.0 0 0.0 0 0.0 0Relative power (dB) Excess tap delay (ns)---1.050-1.430-1.030- - -1.0 120 -1.4 150 -2.0 70--0.0200-3.6310-3.090 - - 0.0 230 -0.6 370 -8.0 110--0.0500-9.1710-17.2190 - - -3.0 1600 -7.0 1090 -20.8 410---5.02300-12.01730--- - -7.0 5000 -16.9 2510 - -
  • 53. 38-3.2.2 خاائص المرسل ) eNodeB )-1.3.2.2 نمط هوائي الإرسال في المحطة القاعديةيطلب من المحطة القاعدية أن تشع بكافة الاتجاهات في المستوي الأفقي لتحقيق تغطية في كافة أنحاء المستويالأفقي. على الرغم من ذلك فإن الاتجاهية في المستوي الأفقي تفيد في تحسين سعة الخلية لذلك يتم تقسيممساحة التغطية الخاصة بالخلية إلى قطاعات Sectors . يوجد نمطان أساسيين لهوائيات الإرسال في المحطةالقاعدية: الهوائيات الغير موجهة: ترسل هذه اله وائيات وتستقبل الأمواج الكهرطيسية بكافة اتجاهات المستويالأفقي. الهوائيات الموجهة: تشع / تستقبل هذه الهوائيات الأمواج الكهرطيسية بفعالية أكبر باتجاه معين مقارنة ببقيةالاتجاهات [15] . تسمى الخلايا التي تستخدم هذه الهوائيات بالخلايا المقطعية ويوجد عدة أنواع لها أهمها:- الخلايا بستة مقاطع: تمتلك ستة هوائيات مقطعية يخصص كل منها لقطاع ذو ا زوية في المستوي الأفقي.- الخلايا بثلاثة مقاطع تمتلك ثلاثة هوائيات مقطعية يخصص كل منها لقطاع ذو زاوية في المستويالأفقي.ويكون عرض حزمة الإشعاع في المستوي الشاقولي ما بين إلى [3] . في حالة الهوائيات المقطعية نقومبحساب ميزانية الوصلة لكل مقطع.-2.3.2.2 استطاعة الارسال للمحطة القاعديةوهي الإستطاعة التي تكون على خرج الوحدة الراديوية RRU والمخصصة للإرسال عبر هوائي واحد. إنإستطاعة الإرسال محدودة بثلاث قيود هي التكلفة واستهلاك الاستطاعة والقوانين الناظمة. كما تختلفإستطاعة الارسال للمحطة القاعدية باختلاف الحزمة الترددية وعرض الحزمة وخصائص المحطة القاعدية.وبشكل عام تستخدم المحطات القاعدية إستطاعة إرسال 43dBm كحد أقصى لعرض حزمة أقل من 5MHzأي ) 1.4, 3, 5MHz ( و 46dBm لعرض حزمة أعلى منه أي ) 10, 15, 20MHz .)نهتم في ميزانية الوصلة باستطاعة الإرسال للحامل الفرعي وتحسب من العلاقة:-3.3.2.2 ضياعات خطوط النقليستخدم لربط المرسل مع الهوائي خطوط نقل محورية coaxial . تتميز خطوط النقل المحورية بأنها تحصر الحقلالكهرطيسي ما بين الناقل الداخلي والناقل الخارجي لخط النقل، وهذا يؤمن تخفيض مستوى الضياع فيالاستطاعة وحماية الإشارة من التداخل مع الوسط الخارجي. تتعلق الضياعات في خطوط النقل المحورية بـ:- نوع المادة العازلة التي تملأ الفراغ ما بين الناقل الداخلي والناقل الخارجي، وهي إما أن تكون منالبلاستيك المعالج Foam أو الهواء. إن استخدام الهواء كعازل يقلل الضياع ولكنه أكثر تكلفة وأصعب فيالتصنيع.
  • 54. 39- القطر الخارجي للمادة العازلة لخط النقل المحوري، فكلما كان هذا القطر أكبر كان الضياع أقل.- ممانعة الناقل الداخلي: لقد حددت مخابر بل عام 1929 القيمة الأفضل لممانعة الناقل الداخلي التي تحققالتخميد الأصغري وهي 76.7Ω ، والقيمة الأفضل لتحمل الفولتية المرتفعة هي ما بين 52-64Ω ، والقيمةالأفضل لتحمل الاستطاعة المرتفعة هي 30Ω . لتجنب انعكاسات الإشارة يجب أن يكون لجميع مكوناتخط النقل المحوري نفس الممانعة. يستخدم عملياا خطوط نقل بممانعة مميزة 50Ω كحل وسط يحقق تخميدمنخفض وتحمل جيد للاستطاعة المرتفعة.- التردد الحامل للحزمة، فكلما ازداد التردد الحامل ازداد ضياع خط النقل المحوري.- مرونة خط النقل المحوري )سهولة الثني(، فكلما ازداد مرونة خط النقل المحوري ازداد الضياع فيه.نميز بين نوعين من خطوط النقل المستخدمة لربط المرسل بالهوائي في المحطات القاعدية: المغذي feeder : وهو خط نقل محوري ذو ضياع قليل وقطر كبير. يستخدم المغذي عندما لا يمكنتخفيض المسافة بين وحدة الإرسال الراديوي وهوائي الإرسال خاصة عندما تكون وحدة الإرسال الراديويعلى الأرض والهوائي في أعلى الدعامة. يستخدم عادة مضخم استطاعة عند النهاية العليا للمغذي فيأعلى الدعامة يسمى TTA أو MHA . تقلل ثخانة المغذي من الضياع إلا أنها تسبب زيادة في قطرانحناء المغذي ووزنه الذي يجب حمله إلى أعلى الدعامة وبالتالي يشغل حجم أكبر. من سلبيات المغذيأيضاا صعوبة وصله مباشرة بوحدة الإرسال الراديوي وبالهوائي لذلك يتم وصل طرفيه بـخطي نقل محوريينjumpers أقل ثخانة ا مما يضيف ضياع في الوصل. يعطى ضياع المغذي بالعلاقة: الـ jumper : وهو خط نقل محوري ذو قطر صغير وضياع أكبر من المغذي ويستخدم في حالتين:.1 الوصل المباشر دون استخدام مغذي feeder-less : عندما تكون المسافة بين وحدة الإرسال والهوائيقصيرة حيث تكون وحدة الإرسال الراديوي على سطح بناء أو مثبتة في أعلى البرج. لا يستخدمالـ jumper للوصل على مسافات كبيرة حيث يسبب ذلك ضياع كبير مقارنة بالضياع الناتج عناستخدام المغذي على المسافة نفسها..1 الوصل مع مغذي: يستخدم لربط المغذي مع الوحدة الراديوية خط نقل رفيع inner jumber ،ويستخدم لوصل المغذي مع الهوائي خط نقل آخر outer jumper .يجب الأخذ بعين الاعتبار ضياعات الوصلات المستخدمة لربط المغذي مع الـ jumper والمضخم TTA ،وتعطى القيمة النموذجية لها بالعلاقة:يبين الجدول 9 نموذجاا لقيم الضياعات في خطوط النقل المحورية حسب تردد الحامل وحسب القطر الخارجيللمادة العازلة وحسب المرونة حيث يوجد في مثالنا ثلاث عائلات لخطوط النقل تقدمها إحدى الشركاتالمصنعة. تختلف هذه العائلات في درجة المرونة كل منها وهي LHF الأقل مرونة تليها العائلة HFS ثمHFSC الأكثر مرونة [16] .
  • 55. 41وبالاعتماد على الجدول 9 قمنا برسم ضياعات المغذي بدلالة التردد الحامل من أجل أقطار مختلفة ودرجاتمرونة مختلفة لخط النقل المحوري في الشكل - 31 : Feeder / Jumper Loss dB/100m (at 20o C) 13/8" 5/4" 7/8" 1/2" Frequency (MHz) HFSC HFS LHF HFSC HFS LHF HFSC HFS LHF HFSC HFS LHF 2.85 1.53 1.48 7.29 1.86 1.77 9.22 2.65 2.52 12.7 4.75 4.51 450 3.97 2.17 2.11 10.1 2.62 2.49 12.7 3.68 3.51 17.6 6.49 6.17 8244.12 2.27 2.20 10.5 2.75 2.61 13.3 3.85 3.67 18.4 6.76 6.42 894 4.32 2.38 2.31 11.0 2.86 2.72 13.8 4.01 3.82 19.1 7.04 6.69 960 4.42 2.43 2.38 11.2 2.94 2.79 14.1 4.10 3.92 19.5 7.20 6.84 1000 5.95 3.35 3.28 15.0 4.01 3.81 18.8 5.54 5.29 26.1 9.61 9.13 1700 6.13 3.47 3.40 15.5 4.15 3.94 19.4 5.73 5.47 26.9 9.91 9.41 1800 6.52 3.71 3.63 16.4 4.43 4.21 20.6 6.09 5.81 28.5 10.7 10.2 2000 7.13 4.07 4.05 18.2 4.60 4.37 22.8 6.63 6.46 31.6 11.5 11.0 2400 8.27 - - 20.7 5.43 5.16 25.8 7.81 7.37 35.8 13.4 12.8 3000الجدول 9 - نموذج لقيم ضياعات خط النقل المحوري حسب قطره ومرونته والتردد الحاملالشكل - 31 - ضياعات المغذي بدلالة التردد من أجل حالات مختلفة حسب قطر المغذي ومرونتهلحساب ميزانية الوصلة في مرحلة التخطيط الأولي نفترض أن لخطوط النقل طول نموذجي معين، في الواقع يمكن أن يختلفطول خط النقل من خلية إلى أخرى. يمكن أن نأخذ الاختلاف بالطول في مرحلة التخطيط التفصيلي.
  • 56. 41-4.3.2.2 مضخم القمة TTAتتصف الوصلة الصاعدة بأنها محدودة بالاستطاعة مما يجعلها أقل قدرة على تحمل ضياعات الوصل مقارنةبالوصلة الهابطة. يستخدم مضخم الاستطاعة TTA ما بين هوائي الاستقبال والمغذي لتحسين حساسيةالمستقبل في الوصلة الصاعدة وإكساب الإشارة القدرة على تحمل ضياعات المغذي. يلعب مضخم القمة دورهام في موازنة الوصلة الصاعدة من حيث التغطية مع الوصلة الهابطة [8] ، فهو يزيد مساحة التغطية علىالوصلة الصاعدة.الشكل - 31 – موضع مضخم القمة وبنيته الداخليةمضخم القمة مفيد فقط في الوصلة الصاعدة، بينما يؤديإلى ضياع في الوصلة الهابطة يمكن تفاديه ب زيادة استطاعةالإرسال على الوصلة الهابطة. يضيف مضخم القمة ربحGTTA ورقم ضجيج NFTTA على الوصلة الصاعدة بينمايضيف ضياع insertion Loss على الوصلة الهابطة تتراوحقيمته مابين 0.5 إلى 0.9dB .تزداد فعالية المضخم TTA عندما تكون استطاعة التداخلمهملة بينما يتراجع أداؤه في البيئات المحدودة بالتداخلكالمدن. إذ يضخم TTA التداخل مع الإشارة المفيدة مماقد يؤدي إلى إنهاك المستقبل باستقبال التداخل.RRU
  • 57. 42-5.3.2.2 ربح الهوائي المرسل في المحطة القاعديةربح الهوائي المرسل هو النسبة بين شدة الإشعاع للهوائي U وشدة الإشعاع لهوائي آيزوتروبي UO يشع نفسالاستطاعة الكلية P التي يشعها الهوائي الحقيقي وتقدر بـ dBi . الهوائي الآيزوتروبي هو هوائي افتراضي عديمالضياعات يشع في جميع الاتجاهات الأفقية والشاقولية بنفس الاستطاعة في كل نقطة من الفضاء المحيط. وهوهوائي مثالي غير قابل للتحقيق عملياا ويستخدم كمرجع لمقارنة الخواص الاتجاهية للهوائيات الحقيقية [15] .يعبر ربح الهوائي عن جودة الهوائي في تحويل الاستطاعة المقدمة إليه إلى إشعاع كهرطيسي راديوي باتجاه معين.تعتمد قيمة ربح الهوائي على نوع الهوائي وخصائصه المبينة في دفتر المواصفات الذي يحدده المصنع. نفترض فيحسابات ميزانية الوصلة أن هوائي المحطة القاعدية موجه بشكل صحيح نحو المستخدم )الخط الواصل بينالمحطة القاعدية والمستخدم يقع على محور قطاع الهوائي(. وتعطى العلاقة العامة لربح اله وائي بدلالة زاويةالسمت A والارتفاع B بالعلاقة ) التالية )الشكل - 31 [9] :وبشكل عام يمكن افتراض القيم النموذجية التالية لربح الهوائي في المحطة القاعدية: 19.5 dBi للهوائياتالموجهة بمقطع ، و 18dBi للهوائيات الموجهة بمقطع ، و 11 dBi للهوائيات الغير موجهة.الشكل - 31 - المخطط الإشعاعي لهوائي الإرسال في المستويين الأفقي والعمودي
  • 58. 43-6.3.2.2 استطاعة الإشعاع الآيزوتصروبية المكافئةاستطاعة الإشعاع الآيزوتروبية المكافئة أو الفعالة EIRP هي الاستطاعة التي يشعها هوائي الآيزوتروبي في كافةالاتجاهات بحيث ينتج عنه نفس كثافة الاستطاعة الناتجة في جهة الربح الأعظمي لهوائي الإرسال الاتجاهيالمستخدم، وتنتج عن حذف الضياعات وإضافة الأرباح إلى الاستطاعة PTX الموجودة على مخرج الوحدةالراديوية RRU وتقدر بـ dBi . كما يمكن استخدام الهوائي ثنائي القطبية نصف موجي Half wave Dipoleكهوائي مرجعي للتعبير عن ربح الهوائي بدلاا من الهوائي الآيزوتروبي وتسمى عندها استطاعة الإشعاع الفعالةERP وتقدر بـ dBd . ربح الهوائي الآيزوتروبي هو 0dBi بينما ربح الهوائي ثنائي القطبية نصف موجي هو2.15dBi=0dBd [17] وبالتالي لدينا:EIRP = ERP + 2.15dBi .تحسب استطاعة الإشعاع الآيزوتروبية المكافئة على الوصلة الهابطة من العلاقة:-4.2.2 خاائص المستقبل ) UE )-1.4.2.2 استطاعة الضجيج الحراريتعطى استطاعة الضجيج الحراري ضمن الحامل الفرعي على دخل المستقبل في الوصلة الهابطة بالعلاقة :K ثابت بولتزمان ويساوي إلىT درجة حرارة المستقبل والقيمة النموذجية لها هي 290K-2.4.2.2 رقم الضجيج لدارة الاستقبال Noise Figureيربط رقم الضجيج NF بين SINR على دخل دارة الاستقبال للجهاز النقال و SINR على خرجها. وبالتالي فرقم الضجيج يقيس انخفاض SINR الناتج عن مرور الإشارة بدارة الاستقبال. معامل الضجيجهو القيمة العددية لرقم الضجيج NF ، حيث يقدر NF بالديسيبل، ويعطى F بالعلاقة:حيث درجة الحرارة الفعلية النظام، و رقم الضجيج عند ويعطى بالعلاقة:وتصبح استطاعة الضجيج الحراري على خرج دارة الاستقبال:ويكون رقم الضجيج:تتراوح القيمة النموذجية لرقم الضجيج لدارة الاستقبال في الجهاز النقال ما بين 5dB و 7dB .
  • 59. 44-3.4.2.2 ضياع جسم الإنسان Body Lossضياعات الجسم هي التخميد في استطاعة الإشارة المستقبلة )وكذلك المرسلة بالنسبة للوصلة الصاعدة( الناتجةعن قرب جسم الانسان ولاسيما اليد والرأس من فتحة هوائي الجهاز النقال. ضياعات الجسم يمكن أن تختلفبشكل كبير حسب تصميم الهوائي وتوضعه ضمن الجهاز النقال وحسب وضعية حمله.تتراوح القيمة النموذجية لضياعات الجسم ما بين 2-3dB عند إجراء المكالمات الصوتية و 0dB عند تبادلالمعطيات. حيث يكون الجهاز النقال عادةا ما بين اليد والرأس عند إجراء المكالمات، بينما يكون بعيد نسبياا عنالرأس أثناء تبادل المعطيات [9] .-4.4.2.2 ربح هوائي الاستقباليمكن اعتبار هوائي الاستقبال لا يضيف أي ربح على ميزانية الوصلة الهابطة أي i وذلك نظراالعشوائية الزاوية التي يصنعها الاتجاه الأعظمي لربح هوائي الاستقبال للمحطة النقالة مع هوائي الإرسال فيالمحطة القاعدية، ولكوننا أخذنا الربح الأعظمي لهوائي الارسال للمحطة القاعدية حيث افترضنا أن هوائيالإرسال موجه تماماا نحو الجهاز النقال الربح الأعظمي لهوائي الارسال [8] .-5.4.2.2 نمط التعديل وتصرميز القناة على حدود الخلية Target Cell edge MCSتوفر LTE 29 ) نمط لتعديل وترميز القناة يمكن اختيار أحدها لاستخدامه على حدود الخلية )الجدول 11TBS Index ITBS Coding rate Modulation Order MCS Index IMCS 0 0.1172 2 010.1533212 0.1885 2 230.2452234 0.3008 2 450.3701256 0.4385 2 670.513727 8 0.5879 2 890.663129 9 0.3320 4 10100.3691411 11 0.4238 4 12120.4785413 13 0.5400 4 14140.6016415 15 0.6426 4 16150.4277617 16 0.4551 6 18170.5049619 18 0.5537 6 20190.6016621 20 0.6504 6 22210.7021623
  • 60. 4522 0.7539 6 24230.8027625 24 0.8525 6 26250.8887627 26 0.9258 6 28الجدول 11 – أنماط التعديل وترميز القناة PDSCHيختلف معدل ترميز القناة باختلاف نمط التعديل والترميز كما هو مبين في الشكل - 33 ، تزداد مساحة الخليةبتخفيض رتبة التعديل والترميز، وبالتالي لدعم التغطية نخفض رتبة التعديل والترميز ولكن هذا سيؤثر سلباا علىأداء السعة. يرتبط كل نمط تعديل وترميز برقم يدل على حجم كتلة النقل ITBS الذي يستخدم لتحديد عددكتل الموارد اللازم منحها للمشترك المتواجد على حدود الخلية.الشكل - 33 – معدل الترميز بدلالة رقم نمط التعديل والرميز-6.4.2.2 ربح تصنوع الإرساليؤدي استخدام عدة هوائيات لإرسال نسخة من الإشارة عبر كل منها إلى تخفيض النسبة SINR المطلوبة لكلنسخة في طرف الاستقبال مما يؤدي إلى ربح في ميزانية الوصلة فينعكس زيادة في مساحة الخلية ويحسن أداءالتغطية. يعبر عن ربح تنوع الإرسال بالعلاقة التالية:حيث هو عدد هوائيات تنوع الإرسال في المحطة القاعدية. فإذا كانت المحطة القاعدية تستخدم هوائيينلتنوع الإرسال فإن ذلك يؤدي إلى ربح 3dB في ميزانية الوصلة، و 6dB في حال كانت تستخدم أربعةهوائيات.لا يستخدم عادةا تنوع الإرسال على الوصلة الصاعدة لتوفير الطاقة المستمدة من بطارية الجهاز النقال، لذلكلا نضع ربح تنوع الإرسال بالحسبان في ميزانية الوصلة الصاعدة.
  • 61. 46-7.4.2.2 ربح تصنوع الاستقباليستخدم تنوع الاستقبال لتخفيض أثر الخفوت. يزداد ربح تعدد الاستقبال كلما انخفض الترابط بين خفوتالإشارات المستقبلة بعدة هوائيات. لتحقيق الفائدة من تعدد الاستقبال يجب أن تكون هناك مسافة تباعدكافية بين هوائيات الاستقبال وهذا ما يصعب توفره بسبب صغر حجم الجهاز النقال. لذلك من الشائعاستخدام هوائيين متلاصقين ولكن مختلفين بالاستقطاب Polarization diversity .تستخدم تقنية التركيب بالأرجحية العظمى MRC للحصول على ربح تنوع الاستقبال. حيث يأخذ المستقبلنسخ الإشارة المستقبلة من عدة هوائيات استقبال ويطبق عليها التركيب المتماسك الذي يتفق مع الكشفالأمثلي للإشارة. حيث يتم تثقيل النسبة SINR لكل نسخة، النسخ ذات SINR المرتفعة يتم تثقيلها بأوزانمرتفعة والنسخ ذات SINR المنخفضة تثقل بأوزان منخفضة. ثم يتم تركيب الاستطاعة الناتجة للحصول علىالإشارة المركبة التي تكون SINR فيها أفضل من جميع النسخ المستقبلة. تتطلب تقنية MRC هوائيي استقبال( 2Rx ( على الأقل كما يجب أن تدعم المحطة القاعدية والجهاز النقال التقنية MRC )أي أن تكون البرمجية التيتطبق خوارزمية التقنية MRC مثبتة(. لاتتطلب التقنية MRC أي رسائل أو إِشارات خاصة لكي تعمل.تستخدم التقنية MRC الاستطاعة الموجودة في كل نسخة مما يجعلها أفضل من تقنية Selection diversityالتي تستخدم الاستطاعة الموجودة في النسخة الأفضل. يمكن أن تتفوق تقنية MRC على تقنية selection diversity بـ 1dB عند استخدام هوائيي استقبال ) 2Rx ( وتزداد فائدتها مع زيادة عدد الهوائيات بالمقارنة معتقنية الاختيار هي تقنية أخرى تقوم على اختيار النسخة التي تتمتع بأفضل نسبة SINR وإهمال بقية النسخ.تعتبر تقنية الاختيار أبسط التقنيات للحصول على ربح تعدد الاستقبال وهي لا تحتاج إلى أية رسائل أوإِشارات خاصة لكي تعمل [8] .-3.2.2.2 أثر التضميم المكانييسمح استخدام التضميم المكاني SU-MIMO بزيادة معدل النقل المقدم للمشترك وتخفيض عدد كتل الموارداللازمة لتحقيق معدل النقل المطلوب مقارنة بالحالة التي لايستخدم فيها التضميم المكاني مما يدعم السعة. ولكنهذا يتطلب قيم أعلى للنسبة SINR المطلوبة مما هي عليه عند استخدام نفس العدد من الهوائيات في التنوعالمكاني.-8.4.2.2 معدل الخطأ في كتلة النقل BLERكتلة النقل هو مجموعة البتات المرسلة إلى/من المشترك خلال 1ms على مستوى الطبقة MAC Layer . معدلالخطأ في كتلة النقل BLER هو معدل الخطأ على الطبقة MAC من دون استخدام إعادة إرسال هجينة.يتطلب التخطيط بمعدل خطأ BLER منخفض قيم اا أعلى للنسبة SINR مقارنة بنسب SINR ا لمطلوبة عندالتخطيط بمعدلات خطأ أعلى. يدعم هذا المشروع معدلات الخطأ 10% و 2% و 1% .
  • 62. 47-9.4.2.2 عدد كتل المخااة للمشترك على حدود الخلية الموارديتعلق عدد كتل الموارد اللتي يجب تخصيصها للمشترك على حدود الخلية بمعدل النقل المفيد المطلوب على حدودالخلية ومعدل الخطأ وكذلك بنمط التعديل والترميز المستخدم. تتلخص آلية تحديد عدد كتل الموارد التي تقترحهامنظمة 3GPP [18] بالنقاط التالية الموضحة في الشكل - 34 :- 1 نحدد معدل النقل المفيد throughput الذي يرغب المشغل بتقديمه للمشترك على حدود ا لخلية، وهومعدل النقل على الطبقة MAC Layer أي بعد عبور المعطيات في الطبقة الفيزيائية وفك ترميز القناةوفك التعديل.-1 نحدد معدل الخطأ في كتلة النقل BLER ، تؤخذ القيمة 10% كقيمة نموذجية لمعدل الخطأ BLER [3] .-3 نحدد نمط التعديل والترميز المستخدم على حدود الخلية، بعد ذلك نستخدم الجدول 11 لتحديد دليلحجم كتلة النقل ITBS .-4 في حال كان نمط تعدد الهوائيات لايتضمن التضميم المكاني لمستخدم واحد SU-MIMO : نبحث في الجدول 11 عن قيمة حجم كتلة النقل باستخدام العلاقة: نحدد من الجدول 11 العدد اللازم من كتل الموارد الموافق لحجم ودليل كتلة النقل الذي حددناه فيالخطوات السابقة أي NPRB(ITBS,TBS) .-5 في حالة التضميم المكاني لمستخدم واحد SU-MIMO نكرر الخطوة 4 باستخدام جدول آخربدلا من الجدول 11 ينتج كما يلي: من أجل حجم كتلة النقل TBS هي القيمة الموافقة لـ ) ITBS, ). في الجدول 11الشكل - 34 - آلية تحديد عدد كتل الموارد اللازم إسنادها للمشترك
  • 63. 48 أما من أجل فينتج حجم كتلة النقل باستخدام جدول تقابل )الجدول 11 ( يربطبين TBS_L1 وهو حجم كتلة النقل في حال لم يستخدم التضميم المكاني و TBS_L2 وهو حجمكتلة النقل عند استخدام التضميم المكاني SU-MIMO .NPRBITBS 110 . . . 8 7 6 5 4 3 2 13112. . .20817615212088563216 04008 . . . 256 224 208 176 144 88 56 24 14968. . .3282962562081761447232 2 6456 . . . 440 392 328 256 208 176 104 40 37992. . .55248840832825620812056 4 9528 . . . 680 600 504 424 328 224 144 72 511448. . .80871260050439225617688 6 13536 . . . 968 840 712 584 472 328 224 104 715264. . .1096968808680536392256120 8 17568 . . . 1256 1096 936 776 616 456 296 136 919080. . .138412241032872680504328144 10 22152 . . . 1608 1384 1192 1000 776 584 376 176 1125456. . .1800160813521128904680440208 12 28336 . . . 2024 1800 1544 1256 1000 744 488 224 1331704. . .22801992173614161128840552256 14 34008 . . . 2472 2152 1800 1544 1224 904 600 280 1535160. . .26002280192816081288968632328 16 36240 . . . 2856 2536 2152 1800 1416 1064 696 336 1739232. . .311227922344199215441160776376 18 43816 . . . 3496 2984 2600 2152 1608 1288 840 408 1946888. . .375232402792234418001384904440 20 51024 . . . 4008 3496 2984 2472 1992 1480 1000 488 2155056. . .4264375232402664215216081064520 22 59256 . . . 4584 4008 3496 2856 2344 1736 1128 552 2363776. . .4968426436242984247218001192584 24 66592 . . . 5160 4392 3752 3112 2664 1864 1256 616 2571112. . .5992516043923752285622161480712 26الجدول 11 - عدد كتل الموارد المخصصة للمشترك لتحقيق حجم ودليل كتلة النقل المطلوبTBS_L2 TBS_L1TBS_L2 TBS_L1TBS_L2 TBS_L1TBS_L2 TBS_L151336 1833611616 111961481 31513111 15441618 31413881 113611681 1138419196 591561611 33684118 199111164 1115131516 616641136 34964136 814811448 1191131114 631161811 36144164 851411831 1368831856 665911864 31514391 816111116 1449634118 6881835161 111111918 38814584 914411516 154561991 41184116 951811961 1545636696 131111114 41184968 991113536 1131631888 161181188 41365161 1119614111 1833639131 181141151 41645351 1168114688 1919641516 811161116 43915544 1116415164 3151641368 84161
  • 64. 491181 45845136 1144815841 3111443816 819361344 41165991 1183116416 3185645351 918161418 41166111 1151616991 3411846888 938111411 49686456 1196111568 3516148936 9189651114 1118411536 51616111 1353618336 366961611 51616968 1411119181 3188851151 1155181664 53511114 1468819848 3913155156 1111361118 55441481 1468811616 4151651336 1151411191 55441136 1516411384 4136859156 1198161856 51361991 1584111151 4381661664 1144641984 59918148 1641611911 4535163116 1184963111 61118514 1699113688 4688866591 1331183141 64568161 1156814496 4893668818 1311913368 61119144 1833615456 5111411111 1411483496 69689518 1918116416 5115113111 1468563614 11149911 1984811316 5515615316 149116الجدول 11 - جدول التحويل من TBS_L1 إلى TBS_L2نطرح هنا مثال لتحديد عدد كتل الموارد المقدمة للمشترك:-1 نحدد نمط التعديل والترميز المستخدم وليكن MCS=10-16QAM-1 نحدد من الجدول 11 الدليل ITBS المقابل فنجد أن ITBS=9-3 نحدد معدل النقل المفيد الذي يرغب المشغل بتقديمه للمستخدم على أطراف الخلية وليكن 384kbps .-4 نحدد معدل الخطأ بكتلة النقل قبل أول محاولة إعادة الإرسال وليكن BER=10% . فيكون معدلالنقل الذي يجب تأمينه للمستخدم على أطراف الخلية 384/(100%-10%)=427kbps-5 نحدد نمط تعدد الهوائيات وليكن 1Tx-1Rx .-6 نبحث في الجدول 11 ضمن نمط التعديل والترميز MCS المختار عن أقرب قيمة أكبر أو تساويحجم كتلة النقل 427bit ، فنجد أنها 456kbps وعدد كتل الموارد اللازمة NRB=3 .برسم حجم كتلة النقل بدلالة عدد كتل الموارد المخصصة لمختلف أنماط التعديل والترميز نحصل على المنحنياتالمبينة في الشكل - 35 ، يمثل كل منحني منها معدل النقل المفيد بدلالة عدد كتل الموارد من أجل نمط تعديلوترميز معين ومن أجل جميع أنماط تعدد الهوائيات ماعدا أنماط التضميم المكاني.الشكل - 35 – معدل النقل المفيد بدلالة عدد كل الموارد اللازمة لتأمينه لمختلف أنماط التعديل والترميز بدون تضميم مكاني
  • 65. 51أما في حالة التضميم المكاني SU-MIMO .) فنحصل على المنحنيات المبينة في )الشكل - 63نلاحظ من الشكل - 35 ا ولشكل - 36 مايلي:أ. الحد الأعلى لسعة خلية لا تستخدم التضميم المكاني هو 75.376Mbps على الطبقة MAC .ب. الحد الأعلى لسعة خلية تطبق التضميم المكاني هو 149.776Mbps .ج. من أجل نمط تعديل وترميز محدد، يزداد عدد كتل الموارد المخصصة بزيادة معدل النقل بصورة شبه خطية.د. من أجل عدد معين من كتل الموارد، يمكن رفع معدل النقل باستخدام نمط تعديل وترميز أعلى رتبة ا.ه. يمكن تلبية معدل النقل المطلوب بعدد محدود من أنماط التعديل والترميز، فعلى سبيل المثال، في الحالة التيلاتستخدم التضميم المكاني، لا يمكن تحقيق معدل النقل 10Mbps بأنماط تعديل وترميز أقل رتبة منالنمط 6 MCS= وبالتالي يمكن تلبية معدل النقل 10Mbps بـ 23 نمط تعديل وترميز فقط. بينما لايمكنتأمين معدل النقل 65Mbps إلا بنمط تعديل وترميز واحد وهو MCS=28 .و. من أجل معدل نقل معين، يؤدي استخدام نمط تعديل وترميز ذو رتبة مرتفعة إلى تخفيض عدد كتل الموارداللازمة لتحقيق معدل النقل المطلوب. فعلى سبيل المثال عند استخدام نمط التعديل والترميز MCS=28يمكن تحقيق معدل النقل 10Mbps بـ 14RB بينما يتطلب تحقيقه بنمط التعديل والترميز MCS=697RB على الأقل.ز. من الواضح أنه ليس من الحكمة استخدام نمط تعديل وترميز منخفض الرتبة يتطلب تخصيص معظم كتلالموارد المتاحة لتخديم مشترك على حدود الخلية ، لأن ذلك سيسبب حرمان بقية المشتركين من الخدمة ممايؤدي إلى تخفيض سعة الخلية. كما أن ذلك يزيد التداخل مع الخلايا المجاورة من جهة أخرى.ح. كما أنه ليس من الحكمة استخدام نمط تعديل وترميز مرتفع الرتبة على حدود الخلية يحتاج إلى نسبSINR عالية مما يؤدي إلى تقليص حجم الخلية وبالتالي تخفيض تغطية الخلية.ط. نمط التعديل والترميز الأمثلي هو النمط الذي يحقق الموازنة بين السعة والتغطية، بمعىأنه لا يؤدي إلى تعزيزالتغطية على حساب السعة أو العكس.الشكل - 36 - معدل النقل المفيد بدلالة عدد كتل الموارد المخصصة في حالة النمط SU-MIMO
  • 66. 51-10.4.2.2 نسبة الإشارة إلى الضجيج والتداخل SINR المطلوبةالنسبة SINR هي القيمة الصغرى للنسبة بين استطاعة الإشارة المستقبلة المفيدة S وبين استطاعة الضجيج Nواستطاعة التداخل الناتجة عن الخلايا المجاورة واستطاعة التداخل المستقبلة الناتجة عن الخلية نفسهاأي:يجب أن تتمتع الإشارة المستقبلة بالحد الأدنى لنسبة الاستطاعة إلى الضجيج والتداخل اللازمة لإجراء عمليةالاستقبال، تتعلق النسبة المطلوبة لـ SINR : بعدة عوامل مبينة في الشكل - 31الشكل - 31 – العوامل المحدة لنسبة الإشارة إلى الضجيج المطلوبةيحتاج تحديد النسبة SINR المطلوبة إجراء محاكاة لنظام الجيل الرابع المسماة Link Level Simulation وهوأمر خارج اهتمام هذا المشروع. ينتج عن المحاكاة مجموعة من الجداول تربط قيمة SINR بعدد كتل ا لمواردالمخصصة NRB ونمط التعديل والترميز المستخدم، تتضمن نتائج المحاكاة التي أجرتها شركة Nokia Siemens Networks العديد من جداول SINR وكل جدول منها خاص بـ:- نموذج القناة ) EPA5H أو ETU70Hz .)- نمط تعدد الهوائيات المطبق ) 1Tx-2Rx أو 2Tx-2Rx Div أو 2Tx-2Rx SM )- معدل الخطأ في كتلة النقل BLER .% وقيمته النموذجية 11نحدد باستخدام الجدول المناسب قيمة SINR المطلوبة لدى المحطة النقالة حسب نمط التعديل والترميز وعددكتل الموارد. يبين الجدول 13 أحد هذه الجداول الخاصة بنموذج القناة EPA5Hz ونمط تعدد الهوائيات 1Tx- 2Rx ومعدل الخطأ في كتلة النقل 10% ، أبعاد الجدول .
  • 67. 52باستخدام بعض هذه الجداول قمنا برسم منحنيات النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد المخصصة من أجلمختلف أنماط التعديل والترميز في الأشكال الشكل - 38 ا ولشكل - 39 ا ولشكل - 41 ا ولشكل - 41 . DL 1Tx-2Rx EPA5H BLER=10% NPRBITBS 100 . . . 8 7 6 5 4 3 2 1-5.21 . . . -2.8 -2.51 -2.23 -2.33 -2.44 -2.54 -2.31 -0.88 0-4.01. . .-2.011.75-1.49-1.49-1.5-1.5-1.24-0.3 1 -3.31 . . . -1.38 -1.11 -0.84 -0.78 -0.73 -0.67 -0.63 0.26 2-2.3. . .-0.43-0.22-0.0200.030.050.330.61 3 -1.35 . . . 0.33 0.52 0.7 0.73 0.76 0.79 0.67 1.33 4-0.45. . .1.081.221.371.331.291.251.342.15 5 0.55 . . . 1.97 2.08 2.18 2.19 2.21 2.22 1.97 2.86 61.64. . .2.82.933.062.932.792.663.243.58 7 2.49 . . . 3.56 3.67 3.77 3.76 3.74 3.73 3.62 4.28 83.6. . .4.494.654.84.784.774.754.714.99 9 3.74 . . . 4.92 5.05 5.18 5.18 5.19 5.19 5.19 5.45 104.25. . .5.345.55.665.665.675.675.56 11 5.11 . . . 6.33 6.45 6.58 6.59 6.59 6.6 6.47 6.85 126.18. . .7.217.327.437.497.557.617.517.83 13 7.31 . . . 8.11 8.27 8.43 8.39 8.35 8.31 8.26 8.58 148.36. . .9.199.319.439.399.369.329.289.56 15 9.01 . . . 9.61 9.71 9.82 9.89 9.96 10.03 10.02 10.09 169.68. . .10.2910.3710.4610.5310.5910.6610.710.82 17 10 . . . 11.03 11.05 11.07 11.13 11.2 11.26 11.13 11.86 1811.19. . .11.8411.9612.0812.112.1312.1511.9712.3 19 11.98 . . . 12.94 12.92 12.89 12.89 12.88 12.88 13.01 13.33 2012.8. . .13.7213.8714.0214.0514.0714.113.7914.15 21 13.65 . . . 14.5 14.67 14.85 14.86 14.88 14.89 14.72 14.99 2214.95. . .15.6715.6715.6815.6815.6915.6915.9316.28 23 15.9 . . . 16.39 16.55 16.72 16.74 16.77 16.79 16.71 17.07 2416.5. . .17.3917.5517.7117.7517.7917.8317.4817.71 25 17.75 . . . 18.32 18.33 18.34 18.34 18.34 18.34 18.3 18.58 2618.34. . .18.8518.8718.8818.8718.8518.8419.1219.41 27 19.7 . . . 20.46 20.29 20.13 20.25 20.38 20.5 20.64 20.46 28الجدول 13 - النسبة SINR من أجل عدد معين من كتل الموارد ونمط معين للتعديل والترميزالشكل - 38 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الهابطة حالة رقم 1
  • 68. 53الشكل - 39 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الهابطة حالة رقم 1الشكل - 41 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الهابطة حالة رقم 3الشكل - 41 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الهابطة حالة رقم 4
  • 69. 54نقترح في هذا المشروع طريقة لاختيار نمط التعديل والترميز الأمثلي الذي يحقق الموازنة بين أداء السعة والتغطيةلتلبية معدل نقل معين T ( 10Mbps على سبيل المثال( وفقاا للخطوات التالية:-1 بالاعتماد على الشكل - 35 )أو الشكل - 36 ( نحدد لكل نمط تعديل وترميز عدد كتل الموارد اللازمةلتحقيق معدل النقل المطلوب. فتنتج لدينا مصفوفة كتل الموارد المبينة في العمود الثاني من الجدول 14 منأجل معدل نقل 10Mbps .-1 ضمن مصفوفة عدد كتل الموارد الناتجة نحسب القيمة الصغرى للفرق النسبي المئوي المطلق عن متوسطمصفوفة كتل الموارد )الحقل الأخضر في العمود الثاني من الجدول 14 (. فنحصل على نمط التعديلوالترميز IMCS_NRB=14 الذي يحقق التوازن بين التغطة والسعة من وجهة نظر السعة.-3 نحدد قيم SINR المطلوبة من أجل كل نمط تعديل وترميز، فينتج لدينا مصفوفة النسب SINR المبينة فيالعمود الثالث من الجدول 14 . في مثالنا اعتبرنا سيناريو BLER=10% EPA5Hz 1Tx-2Rx .-4 ضمن مصفوفة النسب SINR نحسب القيمة الصغرى للفرق النسبي المئوي المطلق عن متوسط مصفوفةالنسب SINR )الحقل الأخضر في العمود الرابع من الجدول 14 (. فنحصل على نمط التعديل والترميزIMCS_SINR=17 الذي يحقق التوازن بين التغطية والسعة من وجهة نظر التغطية.-5 نختار نمط الترميز والتعديل الذي يحقق:فنحصل على نمط الترميز والتعديل الأمثلي وهو IMCS=16 .%SINR%NRBMCS indexNANANANA0NANANANA1NANANANA2NANANANA3NANANANA4NANANANA594.370.55144.0897683.211.64108.8683774.512.4983.6973863.153.661.0564961.723.7461.05641056.504.2545.95581147.705.1128.33511236.756.1813.244513 25.18 7.31 0.654 40 1414.438.369.413615 7.78 9.01 16.96 33 16 0.9219.6816.9633172.351019.48321814.5311.1929.54281922.6211.9834.572620
  • 70. 5531.3212.8339.61242140.8413.7644.64222252.9214.9447.16212362.2315.8552.19192469.2916.5454.71182581.3717.7257.22172687.7218.3459.741627101.5419.6964.7714289.7739.74Averageالجدول 14 - طريقة اختيار نمط التعديل والترميز الأمثلي-11.4.2.2 ربح إعادة الإرسال الهجينة HARQ Gainتستخدم طريقة إعادة الإرسال الهجينة HARQ في أنظمة LTE التي تنضوي على المزج بين ترميز القناةالمصحح للأخطاء وإعادة الإرسال. يقوم المرسل بإلحاق بتات CRC بالإطار، ليتمكن المستقبل من كشفالخطأ، ثم يتم إخضاع الناتج إلى الترميز Turbo المصحح للأخطاء وإرسال الإطار المرمز إلى المستقبل. يتم فكترميز القناة لدى المستقبل ثم يتم التأكد من خلو الإطار من الأخطاء بمساعدة اللاحقة CRC . في حال فشلاختبار CRC يتم تخزين الإطار الخطأ في ذاكرة مؤقتة buffer وطلب إعادة إرسال الإطار . في حال فشلإرسال للمرة الثانية تقدم إعادة الإرسال الهجينة إمكانية الحصول على الإطار الصحيح بالاعتماد على الإطارينالخطأ. تسمح إعادة الإرسال الهجينة في LTE بإمكانية الحصول على الإطار الصحيح بالاعتماد على ثمانيةإطارات خاطئة على الأكثر .) )الشكل - 41رأينا أن تعدد الهوائيات يقدم التنوع المكاني، وسنرى لاحق اا أن جدولة كتل الموارد تقدم التنوع الترددي، من جهةأخرى تقدم إعادة الإرسال الهجينة التنوع الزمني حيث يتم تركيب كتلة النقل في الطبقة MAC بالاستفادة منكتلة النقل المرسلة أول مرة وكتل النقل المعاد إرسالها وهذا ينعكس ربحاا في ميزانية الوصلة إلا أنه يضيف تأخيرعلى النظام.الشكل - 41 - إعادة الإرسال الهجينة
  • 71. 56تطبق إعادة الإرسال الهجينة على قنوات إرسال المعطيات الصاعدة والهابطة فقط ولا تطبق على قنوات التحكموبقية القنوات. وتسمح بمستويات أدنى للنسبة SINR ومعدل الخطأ مقارنة بالحالة التي لا تستخدم فيها إعادةالإرسال الهجينة. تؤدي إضافة ربح إعادة الإرسال إلى زيادة قطر الخلية ولكن سيرافق ذلك انخفاض معدلالنقل المطلوب على حواف الخلية.يتعلق ربح إعادة الإرسال كما هو موضح في الشكل - 43 بـ:-1 عدد مرات إعادة الإرسال-1 ومعدل الخطأ المتبقي في كتلة الموارد بعد إجراء إعادة الإسال-3 عدد كتل الموارد المخصصة للمستخدم على حواف الخلية-4 نمط التعديل وترميز القناة المستخدمالشكل - 43 - العوامل المؤثرة في ربح إعادة الإرسال الهجينةتطبق الـ HARQ على مستوى الطبقة MAC Layer ويستخدم الإرسال بطريقة stop-and-wait N، ويتمإرسال الـ ACK/NACK باستخدام القناة PHICH . تؤدي إعادة الإرسال باستخدام HARQ إلى تخفيضمعدل النقل، لتحديد نسبة التخفيض يجب تحديد الزمن الإضافي الذي تستغرقه إعادة الإرسال بالأخذ بعينالاعتبار زمن الإرسال وزمن الاستقبال وزمن المعالجة لدى الطرفين. تستغرق عملية إعادة الإرسال الواحدة 8msسواء على الوصلة الهابطة والصاعدة [19] وذلك في حال لم يتم استخدام مضاعفة الإرسال التي تستخدم عادةعلى الوصلة الصاعدة كما سنرى لاحق اا.سنأتي في الفقرة اللاحقة إلى حساب التأخير الذي يضيفه الـ HARQ من أجل حالات مختلفة لعدد مراتإعادة الإرسال وعدد مرات مضاعفة الإرسال فيما يعرف باسم ميزانية التأخير Delay Budget .
  • 72. 57-12.4.2.2 ربح وتأخير مضاعفة زمن الإرساليطبق إعادة الإرسال باستخدام HARQ من أجل زيادة التغطية على حدود الخلية من أجل الخدمات التيلاتتطلب زمن حقيقي. لا يستخدم الـ HARQ في الخدمات التي تتطلب الزمن الحقيقي كالمكالمات VoIPوإنما يستخدم إعادة الإرسال عندها بأسلوب مضاعفة زمن الإرسال المسمى TTI Bundling التي تتميزبتأخير أقل من التأخير الذي تضيفه الـ HARQ . فبدلا من إرسال كتلة النقل TB ضمن إطار فرعي واحد1subframe=1ms يتم باستخدام مضاعفة زمن الإرسال إرسال كتلة النقل ضمن عدة إطارات فرعية متتاليةيصل عددها إلى أربعة كحد أقصى. وبالتالي يمكن مضاعفة زمن الإرسال مرتين أو ثلاثة أو أربعة يستخدم هذاالزمن الإضافي لترميز القناة على زمن أكبر كما هو مبين في الشكل - 44 . يؤدي مضاعفة زمن الإرسال إلىتخيفض النسبة SINR المطلوبة لدى طرف الاستقبال وبالتالي تحسين أداء التغطية، ولكن مع وجود تأخيريؤدي إلى خفض معدل النقل وبالتالي ينخفض أداء السعة.الشكل - 44 - مضاعفة زمن الإرسال إلى أربعة أضعافيبين الجدول 15 نسبة التخفيض في معدل النقل بسبب مضاعفة زمن الإرسال عدد معين من المرات ومن أجلعدد معين من مرات إعادة الإرسال HARQ .4TTI Bundling 3TTI Bundling 2TTI Bundling No TTI BundlingThroughput reduction factor¼1/3½1 HARQ 1Tr1/201/181/161/9 HARQ 2Tr1/361/331/301/17 HARQ 3Tr1/521/481/441/25 HARQ 4Trالجدول 15 - نسبة التخفيض في معدل النقل الناتجة عن إعادة الإرسال الهجين ومضاعفة زمن الإرسال
  • 73. 58قمنا بحساب الجدول 15 بناء على ما وجدناه في المراجع [19] و [20] والتي تقول بأن إعادة الإرسال الهجينةHARQ تضيف تأخير يختلف باختلاف عدد مرات إعادة الإرسال وباختلاف نمط مضاعفة زمن الإرسال.ففي حال لم يتم مضاعفة زمن الإرسال ومن أجل إعادة الإرسال لمرة واحدة يكون التأخير الإضافي الناتج هو8ms كما يبين الشكل - 45 . فبدلاا من استقبال كتلة المعطيات المتضمنة في الإطار الجزئي رقم #0 بشكلصحيح خلال 1ms يتم استقبالها بشكل صحيح خلال 9ms . وبالتالي ينخفض معدل النقل بنسبة 1/9 منمعدل النقل الذي تتيحه الوصلة فيما لو تم الاستقبال بدون أخطاء تؤدي إلى إعادة إرسال. وبإجراء محاكمةمماثلة من أجل إعادة الإرسال للمرة الثانية والثالثة نجد أن معدل النقل ينخفض بنسبة 1/17 و 1/25 علىالترتيب. هذه الاعتبارات تصلح فقط للنمط FDD ولا تصلح للنمط TDD .وتنتج لدينا العلاقة التالية لحساب التأخير باستخدام HARQ من دون مضاعفة زمن الإرسال:الشكل - 45 - التأخير الذي يضيفه إعادة الإرسال مرة واحدة باستخدام HARQ على مستوى الطبقة MACيختلف التأخير عند تطبيق إعادة الإرسال الهجينة HARQ بوجود مضاعفة زمن الإرسال TTI Bundling ،وكما يبين الشكل - 46 فبدلا من استقبال كتلة المعطيات المتضمنة في الإطار الجزئي رقم #0 بشكل صحيحخلال 1ms بدون استخدام مضاعفة زمن الإرسال وبدون HARQ ، يتم استقبالها بشكل صحيح خلال20ms باستخدام مضاعفة زمن الإرسال إلى أربع أضعاف 4TTI Bundling وبإعادة الإرسال لمرة واحدة.وبالتالي ينخفض معدل النقل المفيد بنسبة 1/20 من معدل النقل المفيد الذي تتيحه الوصلة فيما لو تمالاستقبال بدون مضاعفة زمن الإرسال وبدون أخطاء تؤدي إلى إعادة إرسال. يكون زمن المعالجة الكلي لعمليةإعادة الإرسال مرة واحدة بوجود مضاعفة زمن الإرسال هو 12ms بينما يتم إرسال المعطيات على الهواء فيحالة 4TTI Bundling خلال 4ms . كما يوضح الشكل - 46
  • 74. 59الشكل - 46 - التأخير عند إعادة الإرسال مرة واحدة مع مضاعفة زمن الإرسال إلى أربع أضعافوبإجراء محاكمة مماثلة تنتج لدينا العلاقة التالية التي تصلح في حالة مضاعفة زمن الإرسال أو بدونه:P : زمن المعالجة الكلي لإعادة الإرسال لمرة واحدة وهو 12ms بوجود مضاعفة زمن الإرسال و 7ms بدونها.N : عدد مرات الإرسال وهي تتراوح ما بين 1 إلى 8 مرات.M : عدد مرات مضاعفة زمن الإرسال وهي إما 1 وتوافق الحالة التي لا تتم فيها المضاعفة أو 1 أو 3 أو 4أما ربح مضاعفة الإرسال فيعطى بالعلاقة التالية:ليكن لدينا مستخدم U على حواف الخلية يتطلب تخديمه على الوصلة الصاعدة مضاعفة زمن الإرسال إلى Mضعف وإعادة إرسال المعطيات N مرة باستخدام HARQ حتى يتم الاستقبال بشكل صحيح. يرسلالمستخدم U عندها إطاراا فرعي اا. ينتج عن مضاعفة زمن الإرسال وإعادة الإرسال تأخير D يحسبمن العلاقة . خلال فترة التأخير D وفي حال تم إستخدام HARQ من دون مضاعفة الإرسال أيM=1 نحسب العدد الأعظمي للإطارات الفرعية L اللازمة لاستقبال كتلة النقل TB التي تشغل إطار فرعيواحد. بغياب مضاعفة زمن الإرسال تتطلب كل عملية إعادة إرسال زمن إضافي قدره T=8ms يتم خلالها إرسالنسخة واحدة من كتلة المعطيات TB . في حال كان باقي قسمة D على T أكبر من الواحد عندئذ هناك إمكانية لإعادة إرسال كتلة النقل TBللمرة الأخيرة خلال 1ms ضمن الفترة التي تساوي إلى باقي القسمة. يوضح الشكل - 41 طريقةحساب L من أجل N=2 و M=4 حيث يكون عندها D=12*(2-1)+4*2=20ms فينتج لديناL=3 .
  • 75. 61الشكل - 41 - عدد مرات إعادة الإرسال الممكنة من دون استخدام مضاعفة زمن الإرسال خلال مدة التأخيرالذي تؤدي إليه حالة المضاعفة إلى أربع أضعاف وإعادة إرسال مرة واحدة.وبالتالي تنتج لدينا العلاقة التالية لحساب L :حيث E(x) تابع الجزء الصحيح للعدد الحقيقي x . وتصبح العلاقة النهائية لربح مضاعفة الإرسال:وبإجراء الحسابات من أجل مختلف حالات مضاعفة الإرسال M{1,2,3,4} وعدد مرات إعادة الإرسالالهجين N{1,2,3,4} نحسب من العلاقة قيم D ومن العلاقة قيم L . كما في الجدول 16وبعد معرفة L و N و M نحسب ربح مضاعفة زمن الإرسال من العلاقة لمختلف الحالات كما فيالجدول 11 . نلاحظ أن أفضل ربح لمضاعفة زمن الإرسال هو 6dB ويتحقق بمضاعفة زمن الإرسال أربعمرات دون إعادة الإرسال.4TTI Bundling 3TTI Bundling 2TTI Bundling No TTI Bundling M=1Delay (D) and Max Number of Received TTIs w/o Bundling (L) L D (ms) L D (ms) L D (ms) L D (ms)31411 111HARQ 1Tr11391161183 HARQ 2Tr365335314113 HARQ 3Tr511446486154 HARQ 4Trالجدول 16 - التأخير D الناتج عن مضاعفة زمن الإرسال واستخدام HARQ ، المعامل L الذي يعبر عن عددمرات إعادة الإرسال خلال فترة التأخير D في باستخدام HARQ من دون مضاعفة زمن الإرسال4TTI Bundling 3TTI Bundling 2TTI BundlingNo TTI Bundling M=1TTI Bundling Gain (dB)6.02064.77123.0103 1HARQ 1Tr4.25973.01033.0103 1HARQ 2Tr3.80212.55271.76091 HARQ 3Tr3.59023.01031.24931 HARQ 4Trالجدول 11 - ربح مضاعفة زمن الإرسال من أجل حالات مختلفة لعدد مرات إعادة الإرسال وعدد مرات المضاعفة
  • 76. 61ليكن rBLER1 معدل الخطأ المتبقي عند الإرسال بدون مضاعفة زمن الإرسال، وليكن rBLERi معدلالخطأ المتبقي عند مضاعفة زمن الإرسال i مرة. لنعتبر أنه بمضاعفة زمن الإرسال يتم تكرار إرسال كتلة النقلTB بعدد مرات المضاعفة i . يحدث الخطأ عند استخدام مضاعفة الإرسال عندما يحدث الخطأ في جميع النسخالمكررة من كتلة النقل TB فيك ون معدل الخطأ للنسخ المرسلة أثناء مضاعفة الإرسال i مرة:وبالتالي إذا كان لدينا BLER1=10% يكون معدل الخطأ بمضاعفة الإرسال أربع مرات BLER4=0.01% .-13.4.2.2 حساسية المستقبلتمثل حساسية المستقبل المستوى الأدنى لاستطاعة الإشارة المرسلة عند بوابة هوائي الاستقبال بحيث يمكن لدارةالاستقبال معالجة الإشارة واستخلاص المعلومات منها. نفترض للتبسيط أن حساسية المستقبل ثابتة، مع العلمبأنها تتغير حسب رتبة التعديل والترميز MCS وحسب هامش الخفوت وربح التنوع المكاني [8] .-5.2.2 معاملات أخرى-1.5.2.2 هامش الظل Shadowing Marginينتج خفوت الظل عن تغيرات استطاعة الإشارة الناتجة عن عبور الإشارة بأجسام ضخمة كالأبنية والمرتفعاتالجبلية. ينمذج التوزع الإحصائي لخفوت الظل بالتوزع Log-Normal بانحراف معياري يعتمد على البيئةالمحيطة. يمكن التعبير عن احتمال التغطية بأحد المفهومين التاليين: Cell edge probability : وهو احتمال التغطية على حواف الخلية. Cell area probability : وهو احتمال التغطية على كامل مساحة الخلية.يمكن تحقيق التغطية باحتمال معين عن طريق ضبط هامش الظل إلى سوية كافية. حيث يزيد هامش الظل منوثوقية التغطية كما هو مبين في الشكل - 48 . لتغطية المنطقة باحتمال 95% نحتاج إلى هامش ظل أكبر مماهو مطلوب لتغطيتها باحتمال 90% .وبالتالي هامش الظل هو الهامش الذي يضاف في ميزانية الوصلة لتحقيق الوثوقية المطلوبة في تغطية المنطقة.تتراوح قيمة الانحراف المعياري لخفوت الظل ما بين 5dB إلى 9dB . يزداد الانحراف المعياري بازدياد الكثافةالعمرانية في المنطقة، فالانحراف المعياري في المناطق ال ريفية أقل منه في الضواحي والمدن. يحدد الانحراف المعياريلخفوت الظل إحصائياا كما يمكن نمذجته بالعلاقة:حيث:ليكن SFM هامش الظل و SF خفوت الظل الذي تعاني منه الإشارة عندئذٍ يكون احتمال التغطية علىحدود الخلية :
  • 77. 62ومنه نستنتج علاقة هامش الخفوت:حيث . التابع العكسي لتابع احتمال التوزع الطبيعي القياسي التراكمي وقيمه معطاة في الجدول 18 وبالتاليلتحديد هامش الخفوت يكفي تحديد الانحراف المعياري لخفوت الظل ا وحتمال التغطية المطلوب على ح ا وف الخلية.0.009 0.008 … 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0.000 Pr0.02260.0201 ...0.01250.01000.00750.00500.00250.0000 0.500.04760.0451 ...0.03760.03510.03260.03010.02760.0251 0.510.07280.0702 ...0.6270.06020.05770.05520.05270.0502 0.520.09790.0954 ...0.8780.08530.08280.08030.07780.0753 0.53…… ...……………… …3.09022.8782 ...2.57582.51212.45732.40892.32562.3263 0.99الجدول 18 - التابع العكسي لتابع التوزع الاحتمالي الطبيعي القياسي التراكمي-2.5.2.2 حمل الخلية و هامش التداخلحمل الخلية Cell Load هو معدل عدد الموارد التي تستخدمها الخلية بالنسبة لعدد كتل الموارد الكلي. كلماازداد حمل الخلية تصبح أكثر عرضة للتداخل من الخلايا المجاورة. لذلك فإن زيادة الحمل تتطلب إضافة هامشالتداخل IM في ميزانية الوصلة مما يجعل الإشارة أكثر مناعة ضد التداخل على حساب تخفيض فقد المسارالأعظمي المسموح MAPL وبالتالي ينقص قطر الخلية. تؤخذ القيمة 51 % كقيمة نموذجية لحمل الخلية كمايمكن أخذ القيمة التي تعطيها إحصائيات المشغل.يسبب التداخل انخفاض في النسبة SINR وينتج عن الخلايا المجاورة التي تستخدم نفس الحزمة الترددية التيتستخدمها الخلية وعن المستخدمين الموجودين في الخلية نفسها. يكون النظام محدود بالتداخل عندما تكوناستطاعة الضجيج مهملة أمام استطاعة التداخل ويحصل ذلك عند وجود أنظمة وخلايا مجاورة تستخدم نفسالحزمة الترددية أو حزمة مجاورة( لها فإنه ينصح بأخذ هامش تداخل ما بين 3dB إلى 8dB . يتعلق هامشالتداخل بحمل الخلية والنسبة SINR المطلوبة ويعطى بالعلاقة التالية:الشكل - 48 – أثر هامش الظل في تحسين وثوقية التغطية
  • 78. 63حيث استطاعة التداخل الناتج عن المستخدمين داخل الخلية ويمكن إهماله في LTE بسبب التعامد بينالحوامل الفرعية في OFDM . و استطاعة التداخل الناتج عن الخلايا المجاورة، و استطاعة الضجيج.يحسب هامش التداخل من العلاقة:حيث : الحمل في الخلايا المجاو رة.-3.5.2.2 ربح تصشكيل الحزمة Beamformingيطبق تشكيل الحزمة على الوصلة الهابطة لتحسين أداء التغطية بوجود الضجيج والتداخل، وتستخدم في ذلكهوائيات مصفوفية متكيفة adaptive array antenna . يتراجع أداء تشكيل الحزمة بوجود المبعثرات حولالجهاز النقال )الشكل - 49 (، ويتحسن الأداء عند وجود خط نظر بين جهاز المستخدم والمحطة القاعدية.حيث تقلل المبعثرات دقة تحديد اتجاه المستخدم في خوارزمية DoA مما يزيد زاوية الانتشار Angular spreadومن ثم ي زداد عرض حزمة الإشعاع. لتقليل زاوية الانتشار يمكن زيادة ارتفاع هوائي المحطة القاعدية. يتأثر ربحتشكيل الحزمة بزاوية الانتشار التي ترتبط بازدحام بيئة الانتشار. وبشكل عام يمكن الأخذ بالقيم النموذجيةالتالية [8] : في الأرياف والضواحي rural&suburban حيث تتميز بقلة المبعثراتوتكون زاوية الانتشار أقل من . في المدن urban حيث تتميز بكثافة معتدلة للمبعثرات وتتراوح زاوية الانتشارما بين و . في المدن شديدة الازدحام dense urban حيث تتميز بكثافة عاليةللمبعثرات وتزيد زاوية الانتشار فيها عن .الشكل - 49 - أثر المبعثرات في زيادة زاوية الانتشار AS
  • 79. 64-4.5.2.2 هامش التنفيذ Implementation Marginيستخدم هامش التنفيذ لاحتواء التأثيرات الناتجة عن أخطاء المستقبل لعدم مثاليته، كأخطاء التقدير وأخطاءالتزامن وأخطاء التكمية والضجيج الطوري. كما يستخدم هامش التنفيذ في ميزانية الوصلة لأخذ اختلافالأجهزة النقالة واختلاف مصنعيها بعين الاعتبار. بزيادة هامش التنفيذ يمكن تضمين الخدمة لأنواع من الأجهزةالنقالة أقل كفاءة في الاستقبال. تؤخذ القيمة 1dB كقيمة نموذجية لهامش التنفيذ.-5.5.2.2 ربح الجدولة الترددية FDPS Gainرأينا سابقاا أن المحطة القاعدية تخصص عدداا معيناا من كتل الموارد RB لكل مشترك وذلك حسب نمط التعديلوترميز القناة MCS ومعدل النقل المطلوب،وبعد تحديد عدد كتل الموارد اللتي ينبغي تخصيصها للمشترك تهتمجدولة الموارد بنوعية كتل الموارد التي ينبغي تخصيصها. من المعروف أن القناة اللاسلكية هي قناة انتقائية بالترددمتغيرة مع الزمن لذلك من المستحسن إجراء جدولة للتردد والزمن يتحدد من خلالها كتل الموارد التي تحقق أعلىنسبة SINR لمشترك معين. توجد عدة طرق لتخصيص كتل الموارد للمشترك تقوم على تحديد ما إذا كانت كتلةموارد معينة تناسب أو تحق لهذا المشترك أم لا تسمى هذه العملية بالجدولة. لجدولة كتل الموارد بين المشتركينتحتاج المحطة القاعدية لمعرفة جودة القناة لكل مشترك يتم ذلك عن طريق المؤشر CQI الوارد من المحطة النقالة.المؤشر CQI هو تقدير لجودة القناة PDSCH تقوم المحطة النقالة بتحديده باستخدام الإشارات المرجعية التيترسلها المحطة القاعدية. تقوم المحطة القاعدية بجدولة كتل الموارد كل 1ms وفقاا لخوارزمية الجدولة المتبعة. تبينالنتائج العملية أن الجدولة في المجال الترددي تعطي ربح إضافي أعلى بحوالي 40~60% مقارنة بالجدولة في المجالالزمني [21] . لذلك تتم جدولة كتل الموارد باستخدام الجدولة الترددية FDPS فقط دون الجدولة الزمنية.يتعلق ربح الجدولة بخوارزمية الجدولة وبعدد كتل الموارد التي يطلبها المستخدم، توجد عدة خوارزميات للجدولةنذكر منها:.1 خوارزمية التسلسل Round Robin : وفيها يتم إسناد كتل الموارد للمستخدمين بالترتيب حسبتسلسلها الرقمي. فمثلاا المستخدم الأول يأخذ كتلة الموارد الأولى ويأخذ المستخدم الثاني كتلة المواردالثانية وهكذا كما يوضح الجدول 19 . لا تؤدي هذه الخوارزمية إلى ربح على ميزانية الوصلة ومنالشائع استخدامها على الوصلة الصاعدة..1 خوارزميات العدل النسبي Proportional Fairness : وفي هذه الخوارزميات يتم تحديد كتل المواردالأنسب لكل مشترك وفقاا لمعيار معين metric نذكر منها:أ. Carrier by carrier in turn : يتم ترتيب ك افة كتل الموارد المتاحة وفق التسلسل الرقمي. ومن أجل كلكتلة موارد يتم تحديد المشترك الأحق بها عندما يحقق أعظم قيمة للمعيار ك ما يوضح الجدول 11 )القيمداخل الحقول تدل على قيمة المعيار(. تحقق هذه الطريقة أعلى ربح على ميزانية الوصلة مقارنةبالخوارزميات الأخرى إلا أنها تستغرق زمناا أكبر بسبب جدولة جميع كتل الموارد باتجاه واحد.
  • 80. 65ب. Riding Peaks : تستفيد هذه الخوارزمية من ترابط استجابة القناة في المجال الترددي. فمن أجل مشتركمعين يتم تحديد التردد f0 الذي تحدث عنده أفضل استجابة للقناة. ثم يسند لهذا المستخدم العدد المطلوبمن كتل الموارد المجاورة للتردد f0 )الجدول 11 (. لا تقوم هذه الطريقة بتحديد قيمة المعيار من أجل جميعكتل الموارد المسندة للمشترك ولذلك يمكن أن يعاني الإرسال باستخدام كتل الموارد بهذه الطريقة منمشكلة الخفوت السريع عند الترددات المجاورة للتردد f0 . هذه الخوارزمية هي الأسرع والأقل ربحاا مقارنةبخوارزميات العدل النسبي المذكورة هنا.ج. RB Grouping : تستفيد هذه الخوارزمية من ترابط استجابة القناة في المجال الترددي أيض اا. إلا أنها تقومبتجزئة كتل الموارد إلى مجموعات متجاورة بالتردد من كتل الموارد. يتم اختيار كتلة موارد واحدة من كلمجموعة وتحديد قيمة المعيار. ثم يتم اختيار المجموعة التي تنتمي إليها كتلة الموارد التي تحقق أعلىليتم) إجراء الجدولة لكتل الموارد الموجودة ضمن هذه المجموعة )الجدول 11 [22] . هذه الخوارزمية أسرع وأقلربحاا من خوارزمية Carrier by carrier in turn وأبطأ وذات ربح أعلى من خوارزمية Riding Peaks .#10#9#8#7#6#5#4#3#2#1#0UserRB#876543456 1 8A172838 2 8 481B59644 655666C56 7 1 9876543D 2 8985463687Eالجدول 19 - الجدولة بخوارزمية Round Robin#10#9#8#7#6#5#4#3#2#1#0UserRB#8765434561 8A17283 82 84 81B5 9644655 666C56 7 1 98 76543D2 8 9 854 63 687Eالجدول 11 - الجدولة بخوارزمية Carrier By carrier in turn#10#9#8#7#6#5#4#3#2#1#0UserRB#876543456 1 8A172838 2 8 481B5 9644655666C567 1 9 876543D 28 985463687Eالجدول 11 - الجدولة بخوارزمية Riding Peaks#10#9#8#7#6#5#4#3#2#1#0UserRB#87654345 6 1 8A172838 2 8 4 81B5 9644655666C56 71 9 876543D 289 85463687Eالجدول 11 - الجدولة بخوارزمية RB Grouping
  • 81. 66يبين الشكل - 51 منحنيات ربح الجدولة الترددية )لخوارزمية RB Grouping ( ونلاحظ منه أن ربح الجدولةيتعلق بمعاملين:-1 عرض حزمة القناة: وهو يحدد العدد الكلي لكتل الموارد في النظام، يزداد ربح الجدولة الترددية بازديادعرض الحزمة.-1 عدد الموارد المخصصة للمشترك: يتناقص ربح الجدولة الترددية بازدياد عدد كتل الموارد، فعلى سب يلالمثال إذا كان النظام يخصص جميع كتل الموارد المتاحة لمشترك واحد فإن ربح الجدولة يكون معدوم اا.-6.5.2.2 هامش ضياع التغلغل Penetration Lossضياع التغلغل أو ضياع البناء هو التخميد في استطاعة الإشارة نتيجة عبور الإشارة المرسلة من المحطة القاعديةإلى داخل الأبنية حيث توجد المحطة لنقالة. وهو الفرق بين استطاعة الإشارة على جانبي الجدار. نعتبر عندحساب ميزانية الوصلة أن المحطة النقالة داخل البناء والمحطة القاعدية خارجه ويسمى هذا النمط INTO وأنالإشارات تمر بجدار واحد فقط. ويتعلق ضياع الأبنية ب ا زوية ورود الإشارة ومواد البناء والتردد الحامل. يتراوحضياع الأبنية مابين 8-40dB يبين الجدول 13 القيم النموذجية لضياعات التغلغل حسب طبيعة الأبنية فيالمنطقة.Penetration Loss Scenario20 dBDense Urban15 dBUrban10 dBSuburban8 dBRuralالجدول 13 - القيم النموذجية لضياعات التغلغل حسب طبيعة المنطقةتدل القياسات التي أجرتها شركة Motorolla أن ضياع التغلغل يزداد بازدياد التردد الحامل. من جهة أخرىفي حال كان المشترك داخل مركبة يهتم ضياع التغلغل عندئذ بضياع المركبات وهو التخميد في استطاعة الإشارةالناتج عن جدران المركبة التي تحيط بالجهاز النقال. وتتراوح قيمة ضياع المركبات ما بين 5-12dB ، وهي تتعلقالشكل - 51 - ربح الجدولة الترددية بدلالة نسبة عدد كتل الموارد المخصصة للمشترك لمختلف قيم عرض الحزمة
  • 82. 67بنوع المركبة وموقع الجهاز النقال داخلها. من البديهي أن الجهاز النقال الموجود داخل مركبة لايعاني من ضياعالأبنية والعكس صحيح. لذلك ولكون ضياع المركبات أقل من ضياع الأبنية نأخذ ضياع الأبنية في ميزانيةالوصلة بشكل دائم وعندها نكون ضمنياا قد أخذنا ضياع المركبات بعين الاعتبار.-7.5.2.2 ربح التسليمالتسليم HandOver هو تحويل الوصلة الراديوية الخاصة بالمشترك إلى وصلة راديوية أخرى وله نوعان أساسيان: التسليم القاسي Hard Handover : هي إجرائية التسليم التي يشترط فيها على المشترك أن يتخلى عنجميع الوصلات الراديوية التي يستخدمها قبل الانضمام إلى الوصلة الجديدة. التسليم المرن Soft Handover : هي إجرائية التسليم اللتي تقوم على إضافة الوصلات الراديوية أو إنهاؤهابحيث تحافظ على وصلة واحدة على الأقل بين الجهاز النقال UE وشبكة الوصول EUTRAN [23] .تدعم أنظمة الجيل الرابع التسليم القاسي حصر اا ولايطبق التسليم المرن فيها. يمكن للتسليم أن يخفض أثرخفوت الظل. فعندما تعاني الإشارة المرسلة إلى مشترك موجود على أطراف الخلية من خفوت حاد بسببوجود الأبنية واجبال وغيرها من العوائق، يعطي التسليم فرصة لهذا المشترك باستبدال الخلية المخدمة إلى خليةأخرى يكون خفوت الظل فيها أقل تأثير اا. لذلك يمكن أن يؤدي التسليم إلى ربح يتراوح ما بين 2dB و 5dB .-6.2.2 فقد المسار الأعظمي المسموح به على الوصلة الهابطة DL MAPLفقد المسار الأعظمي المقبول )أو ربح النظام( هو الفرق بالديسيبل بين استطاعة الإرسال الآيزوتروبية المشعةوالاستطاعة الدنيا للإشارة المطلوبة في طرف الاستقبال، وتعطى بالعلاقة التالية:يمثل فقد المسار الأعظمي المقبول الحد الأعلى للضياع في استطاعة الإشارة المرسلة الذي يمكن أن تتحملهالوصلة الراديوية. وتستخدم كدخل لنموذج الانتشار الذي من خلاله يتم تحديد قطر الخلية كما سنرى لاحق اا.-3.2 حساب ميزانية الوصلة الراديوية الااعدة DL RLBالوصلة الصاعدة Uplink : هي وصلة راديوية وحيدة الاتجاه يتم ضمنها إرسال الإشارات من أحد المحطاتالنقالة إلى أحد المحطات القاعدية.يفيد حساب ميزانية الوصلة للوصلتين الصاعدة والهابطة في تحديد أي الوصلتين هي الوصلة المقيدة للتغطية.يكون ربح النظام متوازن عندما يتساوى فقد المسار الأعظمي المسموح به للوصلتين الهابطة والصاعدة أي:UP MAPL = DL MAPLمن النادر تحقق هذه المساواة لذلك لا نكتفي بحساب ميزانية الوصلة الهابطة، وإنما يجب حساب ميزانية الوصلةالصاعدة أيض اا. يبين الجدول 14 مدخلات ميزانية الوصلة الصاعدة:
  • 83. 68معاملات أخرى معاملات المحطة القاعدة معاملات المحطة النقالة معاملات النظامحمل الخلية رقم الضجيج الكلي نمط تعدد الهوائيات نمط الازدواجيةضياعات التغلغلالضجيج الحرارياستطاعة الإرسالالحزمة الترددية المشغلةهامش الظل ضياعات خطوط النقل ربح هوائي الإرسال عرض الحزمة التردديةربح الجدولة التردديةربح مضخم القمةضياع الجسمفعالية عرض الحزمةربح التسليم ربح هوائي الاستقبال إستطاعة الإشعاعالآيزوتروبية المكافئةنموذج القناةربح إعادة الإرسال الهجينةنمط تعدد الهوائياتنمط الإزدحامربح مضاعفة زمن الإرسال نسبة الإشارة إلى التداخلوالضجيجهامش التداخلحساسية المستقبلالجدول 14 - مدخلات ميزانية الوصلة الصاعدة-1.3.2 معاملات النظام System parametersمعاملات النظام في الوصلة الصاعدة هي نفسها معاملات النظام في الوصلة الهابطة التي تمت مناقشتها سابق اا.-2.3.2 خاائص المرسل Transmitter parameters UE-1.2.3.2 استطاعة الارسال للجهاز النقالتتعلق استطاعة الإرسال العظمى للجهاز النقال بصنف الاستطاعة الذي ينتمي إليه، حيث حدد منظمة3GPP أربعة أصناف للأجهزة النقالة حسب استطاعة الارسال العظمى كما هو مبين في الجدول 15 . منجهة أخرى يجب ألا تقل استطاعة الإرسال عن -40dBm حسب [24] . من الجدير بالذكر أن هذهالاستطاعة توزع على كتل الموارد المخصصة للمشترك على الوصلة الصاعدة، وبالتالي كلما كان عدد كتل المواردالمخصصة للمشترك أقل كلما كانت استطاعة الإرسال في الحامل الفرعي أعلى مما يحسن أداء التغطية. أمااستطاعة السكون للجهاز النقال Transmit OFF فيجب ألا تقل عن -50dBm ، حيث يعتبر الجهاز النقال
  • 84. 69في حالة سكون أثناء تقديم خدمة معينة في الفترات التي لا يسمح له بالإرسال فيها أو عندما لا يرسل رموزفرعية. نهتم في ميزانية الوصلة بتحديد إستطاعة الإرسال في الحامل الفرعي التي تحسب من العلاقة:Power Class 4 Power Class 3 bis Power Class 3 Power Class 2 Power Class 1Tol (dB)Power (dBm)Tol (dB)Power (dBm)Tol (dB)Power (dBm)Tol (dB)Power (dBm)Tol (dB)Power (dBm)+2/-2+21+2/-2+23+1/-3+24+1/-3+27+1/-3+33الجدول 15 - أصناف الأجهزة النقالة حسب استطاعة الارسال العظمى-2.2.3.2 ربح هوائي الإرساليمكن اعتبار هوائي الإرسال في المحطة النقالة لا يعطي أي ربح على ميزانية الوصلة، وبالتالي تكون القيمةالنموذجية لربح هوائي الارسال 0dBi [25] .-3.2.3.2 ضياع جسم الإنسان Body Lossيؤدي ضياع جسم الإنسان إلى تخميد استطاعة الإشارة المرسلة في الوصلة الصاعدة كما هو الحال تماماا فيالوصلة الهابطة.-4.2.3.2 الاستطاعة الآيزوتصروبية الفعالة المشعة:-3.3.2 خاائص المستقبل parameters eNB Receiver-1.3.3.2 الضجيج الحرارييحسب الضجيج الحراري ضمن الحامل الفرعي في الوصلة الصاعدة بالعلاقة:-2.3.3.2 مضخم القمة TTAفي حال تم استخدام مضخم القمة TTA ، يجب عندئذ أخذ ربح ورقم الضجيج للمضخم بعين الاعتبار.تختلف هذه القيم حسب خصائص التصنيع للمضخم المستخدم، ويمكن الأخذ بالقيم النموذجية التالية:GTTA= 12dBNFTTA=1 to 2dB-3.3.3.2 رقم الضجيج في المحطة القاعديةلا تتجاوز قيمة رقم الضجيج F في المحطة القاعدية 5dB والقيمة النموذجية هي 2.2dB من دون وجودمضخم القمة TTA و 2dB مع وجود مضخم القمة.يتأثر رقم الضجيج لشبكة تسلسلية من العناصر بربح العنصر الأول، حيث يعطى بالعلاقة:
  • 85. 71وبالتالي يكون معامل الضجيج للمحطة القاعدية ابتداء من مضخم القمة وحتى خرج دارة الاستقبال مروراابضياعات خطوط النقل:إذاا باختيار مضخم قمة ذو ربح عالي ينخفض أثر رقم الضجيج لبقية عناصر المحطة القاعدية مما يخفض رقمالضجيج الكلي للمحطة النقالة.-4.3.3.2 ربح هوائي الاستقبالويتعلق بنوع الهوائي والحزمة الترددية المشغلة وحجم الهوائي وعدد القطاعات في الخلية.-5.3.3.2 نمط التعديل والترميزتؤمن LTE 19 نمط اا للتعديل والترميز مبينة في الجدول 16 ا ولشكل - 51 . كما تجري عملية اختيار نمط التعديلوالترميز الأمثلي بنفس الأسلوب المتبع لاختياره على الوصلة الهابطة.TBS Index ITBS Coding rate Modulation Order MCS Index IMCS 0 0.1000 2 010.1250212 0.1550 2 230.2050234 0.2500 2 450.3100256 0.3650 2 670.430027 8 0.4900 2 890.555029 10 0.6150 2 10100.3075411 11 0.3525 4 12120.4000413 13 0.4500 4 14140.5025415 15 0.5350 4 16160.5700417 17 0.6300 4 18180.6925419 19 0.7525 4 20190.5017621 20 0.5417 6 22210.5850623 22 0.6283 6 24230.6700625 24 0.7100 6 26250.7417627 26 0.7717 6 28الجدول 16 - أنماط التعديل وترميز القناة PUSCH
  • 86. 71-6.3.3.2 نسبة الإشارة إلى الضجيج والتداخل المطلوبةيجري تحديد النسبة SINR المطلوبة على الوصلة الصاعدة بنفس تسلسل الخطوات المتبعة لتحديدها علىالوصلة الهابطة بالاعتماد على محاكاة الوصلة Link Level Simulation . تبين الأشكال: الشكل - 51ا ولشكل - 53 ا ولشكل - 54 ا ولشكل - 55 النسبة SINR على الوصلة الصاعدة بدلالة عدد كتل المواردالمخصصة لمختلف أنماط التعديل الترميز. كلما قل عدد كتل الموارد تزداد استطاعة الإرسال في كتلة الموارد، ممايزيد الاستطاعة المشعة الآيزوتروبية المكافئة EIRP ، وبالتالي يزداد فقد المسار الأعظمي المسموح به MAPL ممايحسن أداء التغطية. إلا أن تخفيض عدد كتل الموارد يتطلب نمط تعديل وترميز أعلى رتبةا لتحقيق معدل النقلالمطلوب، مما يزيد النسبة SINR المطلوبة وبالتالي يخفض فقد المسار MAPL ومن ثم م يخفّ ض أداء التغطية.الشكل - 51 - معدل الترميز لمختلف أنماط التعدل والترميز المستخدمة على القناة PUSCHالشكل - 51 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الم وارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الصاعدة حالة رقم 1الشكل - 53 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الصاعدة حالة رقم 1
  • 87. 72-7.3.3.2 حساسية المستقبلتعطى حساسية المستقبل بالعلاقة التالية:-4.3.2 معاملات أخرىهامش خفوت الظل وهامش ضياع التغلغل وربح التسليم في الوصلة الصاعدة هو نفسه في الوصلة الهابطة.القيمة النموذجية لحمل الخلية هي 50% .-1.4.3.2 هامش التداخليأخذ هامش التداخل على الوصلة الصاعدة ارتفاع استطاعة التداخل الناتجة عن المستخدمين الآخرين. ونظراالتعامد الحوامل على الوصلة الصاعدة لايوجد تداخل داخل الخلية intera Cell interference الذي ينتجعن المستخدمين من نفس الخلية. وإنما فقط لدينا تداخل بين الخلايا inter cell interference الذي ينتجالشكل - 54 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الصاعدة حالة رقم 3الشكل - 55 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الصاعدة حالة رقم 4
  • 88. 73عن المستخدمين من الخلايا المجاورة الذي يستخدمون نفس كتل الموارد المخصصة للمستخدم الضحية. إنهامش التداخل في LTE أقل منه في WCDMA/HSUPA لوجود التداخل بين المستخدمين داخل الخليةintra cell interference في أنظمة الجيل الثالث.بسبب الطبيعة العشوائية لاستطاعة التداخل على الوصلة الصاعدة فإنه من الصعب نمذجتها بعلاقة رياضية.لذلك يجري الحصول على قيمة هامش التداخل من محاكاة النظام. يبين الشكل - 56 قيم هامش التداخلبدلالة حمل الخلية [3] .الشكل - 56 - هامش التداخل على الوصلة الصاعدة بدلالة حمل الخلية-5.3.2 فقد المسار الأعظمي المسموح به على الوصلة الااعدة UL MAPL-4.2 مثال على حساب ميزانية الوصلةUplinkDownlinkParameterIndexUrbanUrbanScenarioA880835Operating Frequency (MHz)BEPA5EPA5Channel ModelC10242048Cell edge throughput (kbps)D55System BW (MHz)E2525Total NRBF1214Cell edge IMCSG69cell edge user NRBh =function(d,f,g) Tx 23 46 Max Tx Power (dBm) I 4.43 18.23 Max Power Per Subcarrier j=function(i,f or h) 0 2.62 Feeder Loss Per (dB per 100m) K
  • 89. 740 40 Feeder Length (m) L 0 6.49 Jumper Loss (dB per 100m) M 0 3 Jumper Length (m) N 0 0.046 Connector Loss (dB) O 0 5 Connector Number P 0 0.5 TTA insertion Loss (dB) Q 0 1.97 Cable Loss (dB) r=(k*l+m*n)/100+o*p+q 1.5 0 Body Loss (dB) S 0 15 Tx Antenna Gain (dBi) T 2.93 31.26 EIRP (dBm) u=j-r-s+t Rx 15 0 Rx Antenna Gain (dBi) V 1.47 0 Cable Loss (dB) w=r-q 0 1.5 Body Loss (dB) X -132.24 -132.24 Thermal Noise per SC (dBm) Y 2 7 Noise figure (dB) Z9.28 7.95 Required SINR (dB) α-134.49 -115.79 Receiver Sensitivity (dBm) β=y+z+α-v+w+x Gains 6.02 0 TTI Bundling Gain (dB) γ0 0 HARQ Gain (dB) δ0 1.96 FDPS Gain (dB) ε12 0 TTA Gain (dB) φ0 0 Tx Diversity Gain (dB) η0 5 Beamforming Gain (dB) θ3.5 3.5 HandOver Gain (dB) σ21.52 10.46 Total Gains (dB) ω=γ+δ+ε+φ+η+θ+σMargins 1.8 3.01 Interference Margin (dB) λ10 10 Penetration Loss (dB) μ1 1 Implementation Margin (dB) ν4.86 4.86 Shadow Fading Margin (dB) τ17.66 18.87 Total Margins (dB) ρ=λ+μ+ν+τ141.28 138.64 MAPL (dB) ψ = u - β + ω - ρالجدول 11 - مثال على حساب ميزانية الوصلة للقناتين PDSCH و PUSCH-5.2 نموذج الانتشار الراديوي RF Propagation Modelنموذج الانتشار الراديوي هو الصياغة الرياضية التي توصف فقد المسار PL الذي تعاني منه الأمواج الراديويةأثناء انتشارها عبر القناة اللاسلكية ما بين الهوائي المرسل والهوائي المستقبل. يتعلق نموذج الانتشار بتردد الإشارةوالمسافة وارتفاع هوائيات الإرسال والاستقبال وكذلك التضاريس وظروف الازدحام والطقس في المنطقة.
  • 90. 75يعرف فقد المسار بالعلاقة بأنه النسبة مابين استطاعة الإشارة المرسلة واستطاعة الإشارة المستقبلة مع أخذ أرباحأي . يعتبر نموذج فريس أبسط نماذج الانتشار وهو يعطي فقد المسار الذي تعاني منه إشارةبتردد أثناء انتشارها في الفضاء الحر بين هوائيي إرسال بربح وهوائي استقبال بربح تفصل بينهمامسافة بالعلاقة التالية المسماة علاقة فريس Friis Formula :نموذج فريس هو نموذج نظري لايصلح إلا في الفضاء الحر وهي بيئة انتشار مثالية غير قابلة للتحقيق عملي اا.لذلك فنحن بحاجة إلى نماذج انتشار أكثر واقعية. من الصعب نمذجة فقد المسار الفعلي للإشارات الراديويةلجميع أنظمة الاتصال اللاسلكي بعلاقة رياضية واحدة وذلك لاختلاف ظروف الانتشار من نظام إلى آخر.ونتيجة لذلك تم تطوير العديد من نماذج الانتشار المختلفة لتلبية مختلف ظروف الانتشار. وبشكل عام تصنفنماذج الانتشار إلى ثلاث أصناف:.1 النماذج التجريبية empirical models :تنشأ هذه النماذج عن مجموعات كبيرة من المعطيات اللتي تغطي كافة الحالات الممكنة الحدوث فيسيناريوهات انتشار مختلفة. تعطي النماذج التجريبية قيمة فقد المسار بالتنبؤ بالقيمة الأكثر احتمالاا تحتظروف انتشار معينة. وينتهي النموذج التجريبية بمعادلة أو أكثر يجري الحصول عليها بالاعتماد على كم هائلمن القياسات والإحصاءات. يمكن تطبيق هذه النماذج فقط في بيئات الانتشار المشابهة لتلك التي اعتمدتصميم النموذج عليها حيث يمكن أن تؤدي الفروقات في بيئة الانتشار المدروسة إلى أخطاء في تقدير فقدالمسار. من أشهر النماذج التجريبية نموذجا Okumura-Hata model و COST231-Hata model ..1 النماذج الحسابية deterministic models :تقوم النماذج الحسابية على توصيف انتشار الأمواج الراديوية بأشعة تنبعث من الهوائي المرسل إلى هوائيالاستقبال لتواجه كافة منغصات القناة اللاسلكية. تعطي هذه النماذج قيم عالية الدقة لفقد المسار إلا أنهامكلفة حسابي اا مما يتطلب زمن معالجة أكبر أو قدرات حاسوبية أعلى. يكثر استخدام هذه النماذج في بيئاتالانتشار المغلقة indoor وخلايا الفيمتو التي تهتم بدراسة نموذج الانتشار داخل بناء محدد. هناك طريقتين تقومالنماذج الحسابية من خلالها بتقدير فقد المسار:a ) حل المعادلات الكهرطيسية: وهي عملية ذات تعقيد كبير.b ) تعقب الشعاع Ray Tracing : وهي أكثر استخداماا من نظيرتها وتتطلب تكلفة حسابية عالية أيض اا..3 النماذج النصف تجريبية semi empirical models :وهي نماذج هجينة تنشأ عن المزج بين النماذج التجريبية والنماذج الحسابية، نذكر من هذه النماذج على سبيلالمثال النموذج الناتج عن دمج نموذج knife edge model ا لحسابي مع نموذج Okumura-Hata .نستخدم في هذا المشر وع النماذج التجريبية Okumura-Hata و COST231 Hata ل كونهما أقل تعقيداا منالنماذج الحسابية والنصف تجريبية ولانتشارهما الواسع في معظم الأدوات التي تهتم بالانتشار الرايوي.
  • 91. 76-1.5.2 نموذج الانتشار Okumura-Hataيعتمد نموذج Okumura-Hata على قياسات أجريت عام 1968 م في مدينة طوكيو اليابنية والمناطق المجاورةلها. مجالات الصلاحية لهذا النموذج هي: التردد ) f(: مابين 150MHz و 1500MHz . ارتفاع المحطة القاعدية ) ) : مابين 30m و 200m . ارتفاع المحطة النقالة ) ) : مابين 1m و 10m . المسافة بين هوائي الإرسال وهوائي الاستقبال ) ) : مابين 1km و 20km .ينتج النموذج Okumura-Hata عن إضافة معاملات تصحيح على نموذج فريس خاصة بطبيعة المنطقة وارتفاعهوائي المحطة القاعدية وارتفاع المحطة النقالة للحصول على العلاقة العامة التالية التي يحسب منها فقد المسار فينموذج الانتشار Okumura-Hata :حيث :- تردد الإشارة مقدراا بـ MHZ وقد استعضنا عنه بالتردد المركزي للحزمة المشغلة.- ارتفاع هوائي المحطة القاعدية مقدراا بالـ m .- ارتفاع المحطة النقالة مقدراا بالـ m .- المسافة بين هوائي الإرسال وهوائي الاستقبال مقدرةا بالـ km .- هو معامل التصحيح الخاص بارتفاع المحطة النقالة ويعطى بالعلاقة:- معامل التصحيح الخاص بطبيعة المنطقة ويعطى بالعلاقة:من الجدير بالذكر أن ارتفاع كل من المحطتين القاعدية والنقالة مأخوذ بالنسبةلارتفاع مرجعي هو متوسطارتفاعات التضاريس في المنطقة المدروسة ك ما يوضح الشكل - 51 . باستبدال فقد المسار في نموذج الانتشارPL بفقد المسار الأعظمي المسموح به MAPL نحصل على نصف قطر الخلية .الشكل - 51 - طريقة تحديد ارتفاع هوائي المحطة القاعدية في نموذج انتشار Okumura-Hata
  • 92. 77-1.1.5.2 تصغيرات قطر الخلية مع التردد في نموذج الانتشار Okumura-Hataيبين الشكل - 58 تناقص قطر الخلية بازدياد تردد الحزمة المشغلة في نموذج Okumura-Hata ونلاحظ فيهأيضاا أن قطر الخلية في البيئات الريفية أكبر بحوالي 3 إلى 6 أضعاف قطر الخلية في بيئات الازدحام الأخرى.كما أن منحني قطر الخلية في المدن المزدحمة أخفض من قطر الخلية في المدن النموذجية بمقدار قليل يتراوح مابين55cm و 130cm . لذلك لايظهر هذا الفرق بمقياس الرسم على الشكل - 58-2.1.5.2 تصغيرات قطر الخلية مع فقد المسار الأعظمي المسموح به في نموذج Okumura-Hataيبين الشكل - 59 أن نصف قطر الخلية يزداد بازدياد قد المسار الأعظمي المسموح به MAPL والذي تتراوحقيمته العملية مابين 100dB و 150dB . وينخفض منحني نصف قطر الخلية في المدن الكثيفة عن المنحنيالخاص بالمدن النموذجية بمقدار طفيف يتراوح ما بين 30cm و 7m لذلك لايظهر هذا الفرق على مقياس. الرسم في ا لشكل - 59الشكل - 58 – نصف قطر الخلية بدلالة التردد في نموذج Okumura-Hataالشكل - 59 - نصف قطر الخلية بدلالة فقد المسار الأعظمي المسموح به في نموذج Okumura-Hata
  • 93. 78-3.1.5.2 تصغيرات قطر الخلية مع ارتصفاع المحطة القاعدية في نموذج الانتشار Okumura-Hataيبين الشكل - 61 تزايد قطر الخلية بازدياد ارتفاع هوائي المحطة القاعدية، ويكون هذا التزايد أسرع في البيئاتقليلة الازدحام كالأرياف.فعلى سبيل المثال: عند زيادة ارتفاع هوائي المحطة القاعدية من 10m إلى 40m يزدادنصف قطر الخلية بمقدار 2389m في البيئات الريفية و 389m في الضواحي و 273.1m في المدن و 272.6mفي المدن المزدحمة. كما أن منحني قطر الخلية مع ارتفاع هوائي المحطة القاعدية في المدن المزدحمة أخفض منالمنحني الخاص بالمدن بمقدار صغير يتراوح مابين 60cm و 130cm . ما يفسر انطباقهما في الشكل - 61-4.1.5.2 تصغيرات قطر الخلية مع ارتصفاع المحطة النقالة في نموذج الانتشار Okumura-Hataيبين الشكل - 61 أن قطر الخلية يتزايد بازدياد ارتفاع المحطة النقالة، ويكون هذا التزايد أسرع في البيئات قليلةالازدحام كالأرياف.الشكل - 61 – تغيرات نصف قطر الخلية مع ارتفاع هوائي المحطة القاعدية في نموذج Okumura-Hataالشكل - 61 - تغيرات نصف قطر الخلية مع ارتفاع المحطى النقالة في نموذج Okumura-Hata
  • 94. 79-2.5.2 نموذج الانتشار COST231-Hataنموذج الانتشار COST231 هو امتداد لنموذج الانتشار Okumura-Hata ليشمل الترددات من1500MHz إ لى 2500MHz . للنموذج COST231 نفس مجالات الصلاحية الأخرى المعرفة في النموذجOkumura-Hata الخاصة بارتفاع هوائي المحطة القاعدية وارتفاع المحطة النقالة والمسافة مابين هوائي الإرسالوهوائي الاستقبال.و و هي نفسها معاملات التصحيح المذكورة في نموذج Okumura-Hata . حيث هو معاملتصحيح يأخذ القيم التالية:وباستبدال فقد المسار PL في نموذج الانتشار COST231 بفقد المسار الأعظمي المسموح به MAPL نحصلعلى نصف قطر الخلية.-1.2.5.2 تصغيرات قطر الخلية مع التردد في نموذج الانتشار COST231-Hataيبين الشكل - 61 أن نصف قطر الخلية في نموذج COST231 يتناقص مع ارتفاع التردد الحامل للإشارة فيبيئات الازدحام المختلفة.الشكل - 61 – تغيرات نصف قطر الخلية مع تردد الإشارة في نموذج COST231-Hata
  • 95. 81-2.2.5.2 تصغيرات قطر الخلية مع فقد المسار الأعظمي المسموح به في نموذج COST231-Hataيبين الشكل - 63 تزايد نصف قطر الخلية بتزايد فقد المسار الأعظمي المسموح به MAPL من أجل حالاتمختلفة لبيئات الازدحام.-3.2.5.2 تصغيرات قطر الخلية مع ارتصفاع المحطة القاعدية في نموذج الانتشار COST231-Hataيبين الشكل - 64 تزايد نصف قطر الخلية في نموذج COST231 مع ازدياد ارتفاع المحطة لقاعدية في بيئاتالازدحام المختلفة.الشكل - 64 - تغيرات نصف قطر الخلية مع ارتفاع هوائي المحطة القاعدية في نموذج COST231-Hataالشكل - 63 - تغيرات نصف قطر الخلية مع فقد المسار الأعظمي المسموح به في نموذج COST231-Hata
  • 96. 81-4.2.5.2 تصغيرات قطر الخلية مع ارتصفاع المحطة النقالة في نموذج الانتشار COST231-Hataيبين الشكل - 65 تزايد نصف قطر الخلية في نموذج COST231 مع ازدياد ارتفاع المحطة النقالة في بيئاتالازدحام المختلفة.-6.2 حسابات التغطية:بعد أن حددنا قطر الخلية للوصلة الهابطة وللوصلة الصاعدة باستخدام فقد المسار الأعظميالمسموح به MAPL ونموذج الانتشار المناسب نختار ليكون قطر الخلية النهائيالذي يحقق متطلبات التغطية على الوصلتين الصاعدة والهابطة. بعد ذلك يمكننا حساب مساحة الخليةومن ثم نحدد عدد الخلايا اللازمة لتغطية مساحة المنطقة بالشبكة الخليوية باستخدام العلاقة:من المهم لحساب مساحة الخلية: تحديد نموذج الترصيع: حيث نعتبر أن الخلايا تتبع نموذج الترصيع المسمدسي التقليدي. تحديد نمط الخلية: وذلك بتحديد ما إذا كانت الخلية أحادية أوثنائية أوثلاثية أوسداسية. تستخدم الخلاياالأحادية لدعم التغطية بينما تستخدم الخلايا متعددة المقاطع لدعم سعة الخلية [26] .قطر الخلية R هو عمق الخلية أي المسافة التي تفصل أبعد نقطة من الخلية عن المحطة القاعدية.-1.6.2 مساحة الخلية الأحادية Omni-Cellالشكل - 65 - تغيرات نصف قطر الخلية مع ارتفاع المحطة النقالة في نموذج COST231-Hataالشكل - 66 - الخلية الأحادية الاتجاههي خلية يتم تخديمها بهوائيات غير موجهة تشع)تستقبل( الأمواج الراديويةفي)من( جميع اتجاهات المستوي الأفقي ) ) [26] . يبين الشكل - 66قطر الخلية الأحادية وتحسب مساحتها كمايلي:
  • 97. 82-2.6.2 مساحة الخلية الثنائية Bi-sector Cell-3.6.2 مساحة الخلية الثلاثية Tri-sector Cell-4.6.2 مساحة الخلية السداسية Six-sector Cellالشكل - 61 - الخلية الثنائيةالشكل - 68 - الخلية الثلاثيةالخلية الثلاثية هي خلية مكونة من ثلاثة قطاعات يتم تخديم كل منهابهوائيات موجهة ضمن قطاع ب ا زوية في المستوي الأفقي ممايسمح بمضاعفة سعة الخلية ثلاث أضعاف الخلية الأحادية. يبينالشكل - 68 نصف قطر الخلية الثلاثية R وتحسب مساحتهاكمايلي:الخلية الثنائية هي خلية مكونة من قطاعين يتم تخديم كل منهابهوائيات موجهة ضمن قطاع بزاوية في المستوي الأفقي ممايسمح بمضاعفة سعة الخلية مرتين. يبين الشكل - 61 نصف قطرالخلية الثنائية R وتحسب مساحتها كمايلي:حيث HR نصف قطر الدائرة الخارجية للمسدس، و Hr نصفقطر الدائرة الداخلية للمسدس.الخلية السداسية هي خلية مكونة من ستة قطاعات يتم تخديم كل منهابهوائيات موجهة ضمن قطاع بزاوية في المستوي الأفقي مما يسمحبمضاعفة سعة الخلية ستة أضعاف الخلية الأحادية. يبين الشكل - 68نصف قطر الخلية السداسية R وتحسب مساحتها كمايلي:الشكل - 69 - الخلية السداسية
  • 98. 83الفصل الثالثضبط أبعاد السعةيتناول هذا الفصل طريقة ضبط أبعاد السعة في شبكات الجيل الرابع ودراسةالعوامل المؤثرة على السعة. ينقسم هذا الفصل إلى ثلاث أجزاء، يتناول الجزءالأول حسابات معدل النقل في الشبكة الخليوية، بينما يتضمن الجزء الثانيحسابات معدل النقل في الخلية أما الجزء الأخير فيتضمن تحديد عدد الخلايابالاعتماد على حسابات الجزأين الأول والثاني.-1.3 خطوات ضبط أبعاد السعةضبط أبعاد التغطية هي مرحلة مهمة في تخطيط الشبكة الخليوية تهدف إلى حساب عدد المحطات القاعديةاللازمة لتحقيق معدلات النقل المطلوبة من الشبكة الخليوية. تتلخص ط ريقة ضبط أبعاد السعة بحساب معدلالنقل في الشبكة الخليوية ثم تقسيمه على معدل النقل في الخلية الواحدة للحصول على عدد الخلايا اللازمةلتحقيق متطلبات السعة )الشكل - 11 ( وتتم هذه العملية للوصلتين الهابطة والصاعدة بنفس الأسلوب.الشكل - 11 - خطوات ضبط أبعاد السعة-2.3 معدل النقل في الشبكة الخليوية Network throughputمعدل النقل في الشبكة الخليوية هو مجموع معدلات النقل التي يطلبها جميع المشتركين في الشبكة أي:حيث معدل النقل الذي يطلبه المشترك i . من الصعب التنبؤ بمعدل النقل الفعليالذي يطلبه كل مشترك في كل لحظة لذلك نلجأ إلى حساب معدل النقل الوسطي الذي يطلبه المشترك وبذلكيمكننا حساب معدل النقل الوسطي في الشبكة من العلاقة:
  • 99. 84يجري حساب معدل النقل الوسطي للمشترك باستخدام نموذج الخدمة Service Model ونموذج الازدحامTraffic Model بالإضافة إلى معاملات أخرى. تقوم هذه الحسابات على إيجاد مجموع جداءات معدل النقلالذي يتطلبه تأمين خدمة معينة بكثافة الازدحام المقدمة offered traffic من المشترك بطلبه لهذه الخدمة:كثافة الازدحام المقدمة هو مقدار مستقل عن السعة المرورية لنظام الاتصال وتعطى بالعلاقة:حيث المدة الفعلية التي يشغلها تبادل المعطيات على الشبكة لتأدية الخدمة i . أما فهو معدل مرات طلبالخدمة i من قبل مشترك واحد في واحدة الزمن. يهتم نموذج الخدمة بحسابللحصول على معدل النقل لتأمين جلسة الاتصال لمشترك واحد بينما يهتم نموذج الازدحام بحساب .-1.2.3 نموذج الخدمة Service Modelنموذج الخدمة عبارة عن مجموعة من المعاملات تهدف إلى حساب حجم المعطيات المتبادلة على الطبقة IPالمطلوبة أثناء جلسة تقديم الخدمة لمشترك واحد . يتناول نموذجالخدمة النقاط التالية:-1 توصيف وتصنيف الخدمات المقدمة إلى المشتركين حيث تقدم أنظمة الجيل الرابع عشرة خدمات مبينة فيالجدول 18 . تصنف الخدمات إلى صنفين رئيسيين: خدمات الزمن الحقيقي Real Time : ذات أولوية عليا لذلك يجب تأمينها بأقل تأخير، وهذا يحدمن عدد مرات إعادة الإرسال المسموح بها مما برفع معدل الخطأ في هذا الصنف من الخدمات. خدمات الجهد الأقصى Non Real Time أ)و Best effort (: ذات أولوية أدنى حيث يمكنتأخيرها ولكن لا تحتمل ضياع المعلومات.كما تصنف الخدمات حسب تناظر معدل النقل الذي تتطلبه على الوصلتين الهابطة والصاعدة.UL/DL SymmetryReal TimeISymmetricYesVoIP1SymmetricYesVideo Phone2AsymmetricYesVideo Conference3AsymmetricYesReal Time Gaming4AsymmetricNoStreaming Media5AsymmetricYesIMS Signaling6AsymmetricYesWeb Browsing7AsymmetricNoFile Transfer8SymmetricNoEmail9SymmetricNoP2P File Sharing10الجدول 18 – الخدمات التي تقدمها شبكات الجيل الرابع
  • 100. 85-1 تحديد معدل النقل على الحامل Bearer Rate : وهو معدل النقل الوسطي خلال مدة تدفق الطرودPacket Transmission Time مابين الطبقة IP والطبقة PDCP ) )الشكل - 11 .-3 تحديد معدل الخطأ المطلوب Target BLER على الطبقة IP .-4 :) تحديد مدة تدفق الطرود أثناء الجلسة، حيث نميز بين المدد الزمنية التالية )الشكل - 11أ. مدة الجلسة PPP Session Time هي مدة الجلسة وتبدأ منذ إنشاء الجلسة على الطبقة IP وتنتهيبإنهاء الجلسة، فعلى سبيل المثال مدة الجلسة في خدمة VoIP تبدأ منذ بدأ المكالمة وتنتهي بانتهاءها.ب. مدة الاتصال بالمورد الراديوي RRC Connected Time : هي المدة التي تمنحها الطبقة التحكمية RRCللمستخدم لإرسال الطرود من الطبقة IP أو استقبال الطرود من الطبقة PDCP .ج. مدة تدفق الطرود أثناء الجلسة Packet Transmission Time : هي المدة الفعلية التي تتدفق فيها الطرودمن الطبقة IP إلى الطبقة PDCP أو بالعكس وهي ما يهمنا لحساب معدل النقل المطلوب أثناء جلسةتقديم الخدمة لمشترك واحد وتحسب من العلاقة:-5 يحسب حجم المعطيات المتبادلة خلال مدة جلسة تقديم الخدمة i لمشترك واحد من العلاقة:يبين الجدول 19 أحد الأمثلة على نموذج الخدمة وفيه يظهر الشكل العام لنموذج الخدمة [27] . وعلى سبيلالمثال حجم المعطيات المتبادلة في مدة جلسة تقديم الخدمة VoIP لمشترك واحد على الوصلة الهابطة:الشكل - 11 - المدة الفعلية لتدفق الطرود من الطبقة IP إلى الطبقة PDCP أو بالعكس
  • 101. 86DownLinkUplinkService ModelThroughput per session (kbit)BLERPPP Session Duty ratioPPP Session Time (s)Bearer rate (kpbs)Throughput per service session (kbit)BLERPPP Session Duty ratioPPP Session Time (s)Bearer rate (kpbs)869.51%0.48026.9869.51%0.48026.9VoIP4421.31%17062.534421.31%17062.53Video Phone113690.91%1180062.53113690.91%1180062.53Video Conference90952.71%0.41800125.0611367.31%0.2180031.26Real Time Gaming864016.41%0.953600250.115683.61%0.05360031.26Streaming Media21.721%0.2715.3621.681%0.2715.33IMS Signaling22737.31%0.051800250.115668.21%0.05180062.35Web browsing454751.51%1600750.3485266.71%1600140.69File Transfer11368.81%115750.347105.61%150140.69email909503.01%11200750.34303163.61%11200250.11P2P file sharingالجدول 19 – معاملات نموذج الخدمة-2.2.3 نموذج الازدحام Traffic Modelيهتم نموذج الازدحام بالتصرف الجماعي لمشتركي الشبكة لتحديد التصرف العام للمش ترك وينمذج هذا التصرفبمعاملين هما:-1 عدد محاولات إنشاء الجلسة في ساعة الذروة لمشترك واحد Target BHSA ، حيث أن:أ. ساعة الذروة هي ساعة الازدحام الأعظمي في الشبكة وبالتالي يكون أداء السعة فيها في أدنى حالاته.ب. يحسب هذا المعامل لكل خدمة على حدا حيث لكل خدمة BHSA خاص بها . وبالتالي ما يهمنا هوعدد محاولات إنشاء جلسة تقديم الخدمة i لمشترك واحد .ج. يأخذ هذا المعامل بعين الاعتبار التي يقوم بها جميع المشتركين سواء النشطين منهم أو الخاملين ويحسببالاعتماد على إحصائيات مأخوذة في عدة أيام من العلاقة:
  • 102. 87-1 نفوذية الخدمة Traffic Penetration Ratio : هو النسبة التي يشكلها المشتركين الذين يطلبون الخدمة iمن مجموع المشتركين في الشبكة ويقدر على فترات إحصائية طويلة، وهو يمثل احتمال طلب الخدمة i منقبل أحد المشتركين. فعلى سبيل المثال: خدمة الألعاب Real Time Gaming قد لا تهم سوى شريحةمحدودة من المشتركين ) 20% مثلا ا( لذلك لاداعي لتخطيط سعة الشبكة بحيث تقمد م هذه الخدمة لجميعالمشتركين، من جهة أخرى نجد عادة ا أن خدمة المكالمات الخليوية VoIP يمكن أن تهم جميع مشتركيالشبكة وعندها يتم تخطيط السعة بحيث تقمدم هذه الخدمة بنفوذية 100% .يتعلق نم وذج الازدحام بالكثافة السكانية أو ما أسميناه سابقاا بنمط الازدحام، يبين الجدول 31 أربعة أمثلةلنماذج الازدحام لمختلف أنماط الازدحام.RuralSuburbanUrbanDense UrbanBHSATraffic Penetration RatioBHSATraffic Penetration RatioBHSATraffic Penetration RatioBHSATraffic Penetration Ratio0.950%150%1.3100%1.4100%VoIP0.055%0.110%0.1620%0.220%Video Phone0.055%0.110%0.1515%0.220%Video Conference0.15%0.110%0.220%0.230%Real Time Gaming0.15%0.15%0.1515%0.215%Streaming Media320%325%430%540%IMS Signaling0.230%0.340%0.4100%0.6100%Web Browsing0.210%0.220%0.220%0.320%File Transfer0.15%0.210%0.310%0.410%Email0.15%0.220%0.320%0.220%P2P File sharingالجدول 31 – معاملات نموذج الازدحام
  • 103. 88-3.2.3 حسابات معدل النقل في الشبكة الخليوية-1.3.2.3 نسبة القيمة العظمى لمعدل النقل إلى معدل النقل على الحامل:إن معدل النقل الوسطي على الحامل Bearer Rate ينتج عن توسيط معدل النقل على كامل مدة تدفقالطرود ضمن الحامل. إلا أن معدل النقل في الرشقة الواحدة يمكن أن يكون أعلى من معدل النقل الوسطيعلى الحامل، لذلك لابد من أخذ هامش هو نسبة معدل النقل الأعظمي إلى معدل النقل الوسطي التي تعطىبالعلاقة:يبين الجدول 31 القيم النموذجية لهذا الهامش حسب نمط الازدحام في المنطقة:RuralSuburbanUrbanDense UrbanClutter Type0%10%20%40%Peak to average Bearer Rate Ratioالجدول 31 - القيم النموذجية لنسبة القيمة العظمى إلى القيمة الوسطى لمعدل النقل على الحامل-2.3.2.3 معدل النقل الوسطي للمشترك:معدل نقل الوسطي للمشترك هو مجموع معدلات النقل الوسطية اللازمة لتقديم جميع الخدمات وفق ما يحددهنموذج الخدمة، ووفقاا للتصرف العام للمشترك الذي يحدده نموذج الازدحام، مع الأخذ بعين الاعتبار نسبةالقيمة العظمى إلى القيمة الوسطى لمعدل النقل على الحامل، ويحسب من العلاقة التالية:حيث:TPS: Throughput Per sessionPABR: Peak to Average Bearer rate RatioBHSA: Busy Hour Session Attempts (for single user)TPR: Traffic Penetration Ratioتحسب TPS من العلاقة و PABR من العلاقة بينما تحدد BHSA و TPR بالاعتماد علىنموذج الازدحام. على سبيل المثال: باستخدام المعطيات الموجودة في الجداول )الجدول 19 ا ولجدول 31ا ولجدول 31 ( والعلاقة نجد أن معدل النقل على الطبقة IP الذي يحصل عليه المستخدم على الوصلةالهابطة في بيئة كثيفة الازدحام Dense Urban هو 44.8kbps .يحسب معدل النقل في الشبكة على الطبقة IP باستخدام ا لعلاقة بأخذ تعداد المشتركين في شبكة الجيلالرابع بعين الاعتبار. على سبيل المثال في حال كان المشغل يرغب بإنشاء شبكة الجيل الرابع لتخديم ثلاثةملايين مشترك وكان معدل النقل الوسطي للمشترك الواحد على الطبقة IP 44.8kbps عندئذ يكون معدلالنقل في الشبكة على الطبقة IP هو 134.4Gbps .
  • 104. 89-3.3 معدل النقل في الخلية Cell throughputيلخص معدل النقل في الشبكة متطلبات السعة في الشبكة الخليوية. يطلب من شبكة الوصول الراديويةEUTRAN تأمين معدل النقل في الشبكة. تعتبر شبكة الوصول الراديوية الحلقة الأضعف في الشبكة الخليويةبسبب الإمكانيات المحدودة لطبقتها الفيزيائية مقارنة مع الشبكة النواة. تقوم شبكة الوص ول الراديوية بتأمينمعدل النقل في الشبكة معتمدة على الخلايا. حيث تتحمل كل خلية مسؤولية تأمين جزء من معدل النقل فيالشبكة.معدل النقل في الخلية هو معدل النقل الأعظمي على الطبقة IP الذي يمكن تأمينه ضمن خلية واحدة، وهويساوي إلى مجموع معدلات النقل للمشتركين المتواجدين في الخلية. نقوم في البداية بحساب معدل النقل علىالطبقة MAC للوصلتين الهابطة والصاعدة.-1.3.3 معدل النقل على الطبقة MACيعطى معدل لنقل على الطبقة MAC لكل من الوصلتين الصاعدة والهابطة بالعلاقة التالية :حيث:أ. هو عدد عناصر الموا رد التي تحملها كتلتي موارد وتأخذ نفس القيمة للوصلتين الهابطةوالصاعدة وتتعلق فقط بنمط البادئة الدوارة كمايلي:ب. و : رتبة التعديل ومعدل ترميز القناة وتختلف بحسب نمط التعديلوالترميز المطبق، تؤخذ قيمهما من الجدول 11 للوصلة الهابطة، ومن الجدول 16 للوصلة الصاعدة.ج. NRB هو عدد كتل الموارد الكلي في الخلية وهي معطاة في الجدول 1 )السطر الثاني(.د. C : يتعلق بتقنية تعدد الهوائيات المطبقة ويأخذ القيم التالية:ه. CRC هي بتات إضافية الهدف منها كشف الخطأ في كتلة النقل.نتناول في الفقرتين التاليتين حسابات العبء التحكمي Control Overhead على الطبقة الفيزيائية لكل منالوصلتين الهابطة والصاعدة.
  • 105. 91-2.3.3 العبء التحكمي على الوصلة الهابطة:العبء التحكمي هو نسبة عناصر الموارد REs المستخدمة لنقل الإشارات والأوامر التحكمية اللازمة لإنجاحالاتصال إلى عدد عناصر الموارد الكلية التي تستخدمها الخلية. ينتج العبء التحكمي عن الإشارات المرجعيةوإشارات التزامن وقنوات البث وقنوات التحكم الفيزيائية. تقسم القنوات الفيزيائية إلى ثلاثة أنواع: قنوات نقل المعطيات: وهما قناتين PDSCH و PMCH ، القناة PDSCH هي القناة التي يتم نقلالمعطيات. والقناة PMCH خاصة بخدمات البث Multicasting . قناة البث الفيزيائية PBCH قنوات التحكم: وتشمل بقية القنوات الفيزيائية وهي PCFICH و PHICH و PDCCH .-1.2.3.3 عبء الإشارات المرجعية في الوصلة الهابطة Reference Signals Overheadيتعلق عدد الرموز المرجعية المرسلة وموقعها ضمن كتلة الموارد بعدد هوائيات الإرسال المستخدمة ونوع البادئةالدوارة. يبين الجدول 31 قيم عبء الإشارات المرجعية التي حسبناها من العلاقة التالية:ECP (72 RE per RB) NCP (84 RE per RB) RS REs per RB RS Overhead4/72 = 5.56%4/84 = 4.76%4 1TX8/72 = 11.11% 8/84 = 9.52% 8 2TX12/72 = 16.67%12/84 = 14.29%12 4TXالجدول 31 - العبء التحكمي الناتج عن الإشارات المرجعية في الوصلة الهابطة-2.2.3.3 عبء إشارات التزامن Synchronization Signals Overheadتشغل إشارات التزامن 72 حامل فرعي تحيط بالتردد المركزي للحزمة الترددية المستخدمة خلال مدة الرمزينالأخير وما قبل الأخير من الحصة الزمنية الأولى والحصة الزمنية الحادية عشر في كل إطار الراديوي. وبالتاليتشغل إشارات التزامن 4×72RE من كل إطار راديوي. يبين الجدول 33 قيم عبء إشارات التزامن التي قمنابحسسابها من العلاقة:20MHz 15MHz 10MHz 5MHz 3MHz 1.4MHz SS overhead0.09%0.11%0.17%0.34%0.57%1.43% Normal CP0.1%0.13%0.2%0.4%0.67%1.67% Extended CPالجدول 33 - العبء التحكمي النتاج عن إشارات التزامن في الوصلة الهابطة
  • 106. 91-3.2.3.3 عبء قناة البث الفيزيائية PBCHتشغل هذه القناة 264RE خلال مدة الإطار الراديوي 10ms يتم نقلها خلال الرموز الأربعة الأولى من الحصةالزمنية الثانية في كل إطار راديوي. حيث تشغل 48SC خلال مدة الرمز الأول و 72SC خلال مدة الرموزالثاني والثالث والرابع وبناءا على ذلك قمنا في الجدول 34 بحساب عبء القناة PBCH باستخدام العلاقة:20MHz 15MHz 10MHz 5MHz 3MHz 1.4MHz PBCH overhead0.16%0.21%0.31%0.63%1.05%2.62% Normal CP0.18%0.24%0.37%0.73%1.22%3.06% Extended CPالجدول 34 - العبء التحكمي الناتج عن القناة PBCH-4.2.3.3 عبء قنوات التحكم الفيزيائية PHICH و PCFICH و PDCCHالقناة PHICH تحمل رسائل ACK/NACK الخاصة بإعادة الإرسال الهجينة للطرد المرسل على الوصلةالصاعدة. والقناة PCFICH تحمل صيغة قناة التحكم الرئيسية PDCCH وعدد عناصر الموارد REs التيتحمل الرموز التحكمية في القناة PDCCH . والقناة PDCCH هي قناة التحكم الرئيسية وتحمل معلوماتالتحكم للوصلة الهابطة والصاعدة ولا سيما رسائل تخصيص الموارد على الوصلتين الهابطة والصاعدة للقناتينPDSCH و PUSCH والتحكم بالاستطاعة للوصلة الصاعدة.من أجل كل كتلتي موارد 2RB متجاورتين بالزمن يخصص لهذه القنوات 12SC خلال مدة الرمز أو الرمزين أوالرموز الثلاثة الأولى كحد أقصى من كتلة الموارد الأولى )ماعدا الحوامل الفرعية المخصصة لنقل الرموز المرجعية(.لأخذ الحالة الأسوأ بعين الاعتبار نعتبر أن قنوات التحكم الفيزيائية تشغل 12SC خلال الرموز الثلاثة الأولىمن كتلة الموارد الأولى وبالتالي قمنا في الجدول 35 بحساب عبء قنوات التحكم الفيزيائية من العلاقة:حيث m عدد عناصر الموارد المخصصة للإشارات المرجعية المرسلة خلال الرم وز الثلاثة الأولى من كتلة المواردوتأخذ القيم التالية:ECP NCP Control Pysical Channel Overhead23.61%20.24% 1Tx 22.22% 19.05% 2Tx19.44%16.67% 4Txالجدول 35 - العبء التحكمي الناتج عن قنوات التحكم الفيزيائية في الوصلة الهابطة
  • 107. 92-3.3.3 العبء التحكمي على الوصلة الااعدةينجم العبء التحكمي على الوصلة الصاعدة عن الإشارات المرجعية وقناة الوصول العشوائي الفيزيائيةPRACH وقناة التحكم على الوصلة الصاعدة PUCCH .-1.3.3.3 عبء قناة التحكم على الوصلة الااعدة PUCCH Overheadتحمل هذه القناة رسائل ACK/NACK الخاصة بإعادة الإرسال الهجينة، كما يتم عبرها إرسال المؤشراتالراجعة CQI و PMI . يخصص لقناة التحكم PUCCH كتلة موارد واحدة أو أكثر خلال كل حصة زمنيةحسب عرض حزمة القناة كما هو مبين في الجدول 36 حيث قمنا بحساب عبء القناة PUCCH باستخدامالعلاقة:201510531.4Channel BW (MHz)100755025156Total System RBs864221PUCCH Occupied RBs8.0%8.0%8.0%8.0%13.3%16.7%PUCCH Overheadالجدول 36 - العبء التحكمي الناتج عن القناة PUCCH-2.3.3.3 عبء الإشارات المرجعية على الوصلة الااعدةتستخدم الإشارات المرجعية على الوصلة الصاعدة لسبر القناة وفك التعديل. تشغل الإشارات المرجعية 12SCخلال مدة الرمز الرابع من كل كتلة موارد تشغلها قناة نقل المعطيات PUSCH ، وبناءا على ذلك قمنا فيالجدول 31 بحساب عبء الإشارات المرجعية بعد استنتاج العلاقة التالية:201510531.4Channel BW (MHz)13.1%13.1%13.1%13.1%12.4%11.9%NCPRSOverhead15.3%15.3%15.3%15.3%14.5%13.9%ECPالجدول 31 - العبء التحكمي الناتج عن الإشارات المرجعية على الوصلة الصاعدة
  • 108. 93-3.3.3.3 عبء قناة الوصول العشوائي PRACH Overhead :تشغل هذه القناة ست كتل موارد في كل إطار راديوي وبناءا على ذلك قمنا في الجدول 38 بحساب عبءهذه القناة باستخدام العلاقة:201510531.4Channel BW (MHz)100755025156RBs Per Time Slot0.3%0.4%0.6%1.2%2%5%PRACH Overheadالجدول 38 - العبء التحكمي الناتج عن القناة PRACH-4.3.3 معدل النقل الوسطي للخلية على الطبقة MACقمنا في الفقرة السابقة بحساب معدل النقل على الطبقة MAC من أجل نمط تعديل وترميز قناة محدد.تستخدم الخلية عدة أنماط للتعديل وترميز القناة حيث يتم استخدام كل نمط باحتمال يعتمد على نسبة الإشارةإلى التداخل والضجيج. تتناقص النسبة SINR بالابتعاد عن المحطة القاعدية لذلك يتم تغطية المناطق القريبةمن المحطة القاعدية بأنماط تعديل وترميز ذات رتبة أعلى من تلك التي تغطى بها المناطق المحيطية. بتغيير نمطالتعديل والترميز يتغير معدل النقل على الطبقة MAC وفقاا للعلاقة . وبالتالي يعتمد معدل النقل علىالطبقة MAC على توزع نسبة الإشارة إلى التداخل والضجيج ضمن الخلية الذي ينتج عن مرحلة محاكاة النظام(System Level Simulation) . بالاعتماد على هذا التوزع يجري حساب احتمال انتماء النسبة SINR إ لىمجال معين من القيم. يستخدم على كل مجال من مجالات النسبة SINR نمط تعديل وترميز ثابت مختلف عن. بقية المجالات كما يوضح الجدول 39MAC Layer Throughput for MCSxMCSxSINR ProbabilitySINR RangeTroughput1MCS0a%[a1 , a2]Troughput2MCS1b%[a2 , a3]Troughput3...MCS2...c%...[a3 , a4]...الجدول 39 - تحديد احتمالات ومعدلات النقل على الطبقة MAC لكل نمط تعديل وترميزبعد تحديد احتمالات أنماط التعديل والترميز المختلفة )بالأسلوب المبين في الجدول 39 ( وحساب معدل النقللكل منها )من العلاقة ( نستطيع حساب معدل النقل الوسطي للخلية على الطبقة MAC منالعلاقة:
  • 109. 94-5.3.3 معدل النقل الوسطي للخلية على الطبقة IPتعطي العلاقة معدل النقل الوسطي في الخلية على الطبقة MAC ، إ لا أن معدل النقل في الشبكةالمحسوب من العلاقة على الطبقة IP . لمقارنة معدل النقل في الخلية مع معدل النقل في الشبكة الخليويةيجب أن يكون كل منهما على نفس الطبقة. لذلك يجب تحويل معدل النقل الوسطي للخلية من الطبقةMAC إلى الطبقة IP .تمر المعطيات عند انتقالها من الطبقة MAC إلى الطبقة IP عبر الطبقتين RLC و PDCP ،) )الشكل - 11في الطبقة RLC يتم فك تغليف الإطار الوارد من الطبقة MAC وتجزئتها إلى عدة إطارات RLC ، بينما يتمفي الطبقة PDCP فك تغليف الإطار ا لوارد من الطبقة RLC ، وأخيراا يتم في الطبقة IP فك تغليف الإطارالوارد من الطبقة PDCP . وبالتالي فإن حجم الإطار في الطبقة MAC أكبر من مجموع الإطارات الناتجة عنتفكيكه في الطبقة IP .الشكل - 11 - المراحل التي تمر بها المعطيات أثناء عبورها من الطبقة MAC إلى الطبقة IPلحساب معدل النقل على الطبقة IP انطلاقاا من معدل النقل على الطبقة MAC نتبع الخطوات التالية:-1 تحديد الحجم الوسطي للإطار في كل من الطبقات MAC,RLC,PDCP,IP .-1 نحسب نسبة التحويل من الطبقة MAC إلى الطبقة RLC وهي النسبة بين حجم الإطار في الطبقةMAC إلى مجموع أحجام الإطارات الناتجة عن تفكيكه في الطبقة RLC .-3 نحسب نسبة التحويل من الطبقة RLC إلى الطبقة PDCP ونسبة التحويل من الطبقة PDCP إلى الطبقةIP بنفس الطريقة المتبعة في الخطوة 1 .-4 نحسب نسبة التحويل من الطبقة MAC إلى الطبقة IP بحساب جداءات نسب التحويل المحسوبة فيالخطوتين 2 و 3 أي:
  • 110. 95-5 يحسب معدل النقل الوسطي للخلية على الطبقة IP باستخدام العلاقة:-4.3 حسابات السعةيحسب عدد القطاعات اللازمة لتحقيق متطلبات السعة في الشبكة الخليوية بالعلاقة:فيكون عدد الخلايا اللازمة لتحقيق متطلبات السعة هو:ثم نحدد عدد الخلايا النهائي الذي تتطلبه الشبكة الخليوية من العلاقة:
  • 111. 96الفصل الرابعالتنفيذ العملييتناول هذا الفصل عرضاا لأداة التخطيط التي قمنا بتنجيزها لحساب عددالمحطات القاعدية اللازمة لتحقيق متطلبات التغطية والسعة ضمن قيود وإمكانياتمحددة يختارها مستخدم الأداةبناءا على الدراسة التي أجريناها على تخطيط التغطية والسعة في الفصلين الثاني والثالث، قمنا بتوظيف بيئة C#البرمجية لتنجيز أداة تخطيط الخلايا في الجيل الرابع، تتضمن الأداة جميع المعاملات والقيود والخيارات المؤثرة علىتخطيط التغطية والسعة التي قدمنا لها في الفصلين الثاني والثالث. تقوم الأداة في نهاية التنفيذ بحساب عددالمحطات القاعدية اللازمة لتحقيق متطلبات الشبكة الخليوية. تعرض الفقرات التالية أجزاء هذه الأداة.-1.4 تخطيط التغطية-1.1.4 معاملات النظام
  • 112. 97-2.1.4 معاملات المحطة النقالة-3.1.4 معاملات المحطة القاعدية
  • 113. 98-4.1.4 معاملات أخرى-5.1.4 بارامترات نموذج الانتشار
  • 114. 99-2.4 تخطيط التغطية-1.2.4 نموذج الخدمة-2.2.4 نموذج الازدحام
  • 115. 111-3.2.4 معدل النقل في الشبكة-4.2.4 معدل النقل في الخلية
  • 116. 111-3.4 النتيجة النهائية
  • 117. 112الخاتمةقمنا في هذا المشروع بدراسة العوامل المؤثرة على عدد المحطات القاعدية اللازمة لتحقيق متطلبات التغطيةوالسعة في شبكات الجيل الرابع، ثم استثمرنا هذه الدراسة لتنجيز أداة برمجية بلغة C# تقوم بحساب عددالمحطات القاعدية ومساحة الخلية وعدد المشتركين في الخلية. صممت الأداة بناءا على دراسات وتحليلاتصحيحة ومتبناة في المراجع النظرية والبحثية والتقنية.واجهتنا بعض المشكلات في الحصول على قيم دقيقة لبعض المعاملات، مثل جداول نسبة الإشارة إلى التداخلوالضجيج المطلوبة في طرف الاستقبال وربح الجدولة الترددية، وهذا ما دعانا للجوء إلى إجراء استيفاء خطيلحساب القيم الغير موجودة في الجداول اعتماداا على القيم الموجودة فيه. كما واجهتنا صعوبة التحقق العمليمن صحة النتائج، حيث أن الكلفة المرتفعة لاختبار النتائج وعدم توفر أبراج الجيل الرابع لدى المشغلين المحليينبالإضافة إلى الزمن المحدود لتنفيذ هذا المشروع حالت دون التمكن من التحقق العملي من صحة النتائج.وفي نهاية المطاف لايسعنا إلا القول بأن هذا المشروع يشكل خطوة في منتصف طريق تفصل بين مجموعتين منالآفاق المستقبلية. تشمل المجموعة الأولى من الآفاق المستقبلية كل ما يتعلق بمرحلة ما قبل التخطيط حيثنطمح في المستقبل إلى إجراء عمليات المحاكاة اللازمة لتحديد بعض مدخلات ميزانية الوصلة مثل جدا ول نسبةالإشارة إلى التداخل والضجيج وربح الجدولة وربح إعادة الإرسال الهجينة. وكذلك إجراء عمليات المحاكاةاللازمة لتحديد معاملات نموذج الخدمة ونموذج الازدحام. كما يمكن أن يتحسن أداء أداة التخطيط الناتجة عنهذا المشروع بإضافة معامل تصحيح على نموذج الانتشار بحيث يصبح صالحاا للمنطقة المحلية وتتطلب هذهاعملية إجراء مجموعة من القياسات لفقد المسار في المنطقة المدروسة. كما يمكن أن يتحسن أدا هذه الأداةبإجراء المحاكاة التي تحدد توزع نسبة الإشارة إلى التداخل والضجيج ضمن الخلية مما يفيد بتحديد الاحتماللكل نمط من أنماط التعديل والترميز مما يحسن دقة حساب معدل النقل في الخلية.أما المجموعة الثانية من الآفاق المستقبلية فتشتمل على التحسينات المتعلقة بمرحلة التخطيط التفصيلي، وهيمرحلة لاحقة لهذا المشروع يتم فيها تجزئة الحيز الجغرافي إلى عدة كيانات لكل منها خصائصه ومعاملاته الخاصةليتم إجراء عملية التخطيط لكل كيان بشكل منفصل وبأسوب مشابه لأسلوب التخطيط في هذا المشروع.وأخيراا، نأمل أن يكون هذا المشروع نقطة بداية لأعمال بحثية رديفة، وأن يلقى رواجاا في الأوساط العملية ليتمتركيب الشبكات الخليوية على أسس علمية متينة مما يقلل الهدر في الموارد قبل وبعد التأسيس.
  • 118. 113الملاحق
  • 119. 114الملحق أتصعاريف وماطلحات الخلية هي المساحة الجغرافية التي يمكن تغطيتها بالأمواج الراديوية باستخدام محطة قاعدية واحدة، وتمثلنظرياا بشكل سداسي منتظم تقع المحطة القاعدية في مركزه [26] . تغطية الشبكة الخليوية coverage : هي المساحة الجغرافية التي ت قمد م ضمنها الخدمات من قبل النظامالخليوي بالمستوى المطلوب منه [23] . الوصلة الهابطة downlink : وصلة راديوية وحيدة الاتجاه تمر عبرها الإشارات من أحد نقاط شبكةالوصول EUTRAN إلى أحد أجهزة المستخدمين [23] . الحامل Bearer : هو مسار نقل المعلومات ذو سعة وتأخير ومعدل خطأ محدد [23] . نظام حزم البيانات المطور EPS : هو تطوير نظام حزم البيانات المستخدم في أنظمة UMTS ويشملهذا التطوير معدلات نقل أعلى وتأخير أقل. ويتكون من الشبكة القلب EPC وشبكة الوصولEUTRAN [23] . حزمة البيانات Packet : هو كتلة من المعطيات يتم تجميعها ضمن PDUs يتم تمييز كل منها برقمتسلسلي في الطبقة الثالثة ) IP Network Layer ( من طبقات النموذج OSI ، ويسمى البروتوكولالمستخدم ضمن هذه الطبقة بـ PDP [23] . التخديم من نقطة إلى عدة نقاط: هو نمط من الخدمات يتم فيه إرسال المعطيات إلى جميع المشتركينبالخدمة أو مجموعة من المشتركين محددة مسبق اا [23] . التخديم من نقطة إلى نقطة: هو نمط من الخدمات يتم فيه إرسال المعطيات من طرف واحد من أطرافاشبكة إلى طرف واحد [23] . الجلسة Session : هي مدة حياة الوصلة من منظور طبقة الـ IP ، وبالتالي هي الفترة مابين إنشاء وإنهاءالوصلة على الطبقة Network Layer ، يوجد أنواع مختلفة للجلسات حسب الخدمة المطلوبة في كلمنها [23] . ربح هوائي الاستقبال: هو الربح الأعظمي لهوائي الاستقبال في المستوي الأفقي ويعبر عنها بدلالة ربحالهوائي المشع الآيزوتروبي (dBi) [23] .
  • 120. 115 جودة الخدمة QoS : هي مجموعة من البارامترات المفتاحية KPIs التي تؤثر على أداء الشبكة الخليوية عندتقديمها خدمة معينة وتنعكس من خلال درجة الرضا التي يبديها المستخدم اتجاه هذه الخدمة [23] ،تصنف هذه البارامترات المفتاحية إلى أربعة أصناف هي:a ) إمكانية الحصول على الخدمة accessibility : وهي قدرة النظام الخليوي على الاستجابةإلى طلب الخدمة وعدم رفضه بسبب انشغالية الشبكة. حيث يعبر هذا المفهوم عن مدىسهولة الحصول على الخدمة وكونها في متناول جميع المشتركين بها. من أهم البارامتراتالمفتاحية التي تعبر عن إمكانية الحصول على الخدمة :- احتمال رفض طلب الخدمة GoS ويعبر عنه في LTE بالبارام ترات الثلاثة:I . معدل نجاح طلب الوصلة الراديوية ) RRC Success Rate )II . معدل نجاح إنشاء الوصلة الراديوية ) Success Rate ERAB )III . معدل نجاح إنشاء الوصلة S1 مع الشبكة النواة ) S1 Success Rate )- متوسط عدد محاولات طلب الجلسة في ساعة الذروة BHSA .- النسبة المئوية لعدد المشتركين الذين يطلبون الخدمة Traffic Penetration .b ) استمرا رية الخدمة Retainability : وهي قدرة النظام الخليوي على الاستمرار في تقديمالخدمة فور الحصول عليها، يعبر عن استمرارية الخدمة بالبارامتر معدل انقطاع الجلسة طويلةالمدة ) Session Abnormal Release Rate ( ومدة الجلسة Session Time [28] .c ) سلامة الخدمة Integrity : وهي قدرة النظام الخليوي على تقديم الخدمة بشكل سليم خاليمن العيوب فور الحصول عليها، أهم البارامترات المفتاحية المحددة لسلامة الخدمة علىالوصلتين الصاعدة والهابطة:I . معدل النقلII . التأخيرIII . معدل الخطأ Packet Lossd ) تنقلية الخدمة Mobility : وهي قدرة النظام الخليوي على الحفاظ على سلامة الخدمةالمقدمة بالرغم من تنقل المشترك أثناء تلقيه للخدمة. وتتمثل تنقلية الخدمة بأداء جميع أنواعالتسليم Handover ويعبر عنها بالبارامترين التاليين:I . معدل نجاح التسليم Handover Success RateII . تأخير التسليم Handover delayIII . معدل نجاح التسليم البيني Inter Radio Access Technology وهو تسليممشترك LTE من شبكة الوصول الراديوية للجيل الرابع EUTRAN إلى شبكةالجيل الثالث UTRAN أو شبكة الجيل الثاني GERAN [28] .
  • 121. 116 حساسية المستقبل Reciever Sensetivity : هي العتبة التي ينبغي أن تتجاوزها استطاعة الإشارةعند وصولها إلى طرف الاستقبال بحيث تحقق النسبة SINR المطلوبة لإتمام عملية الاستقبال [23] . نموذج الخدمة Service Model : هو توصيف عام للخدمات التي يقدمها النظام من خلال مجموعةمن الخصائص المفتاحية لجودة الخدمة QoS KPIs [23] . معدل النقل المفيد Throughput : هو معامل يصف سرعة الخدمة، وهو عدد بتات المعطيات التييتم إرسالها واستقبالها بنجاح باتجاه واحد بين نقطتين محددتين خلال واحدة الزمن [23] . كتلة النقل Transport Block : هي الواحدة الأساسية للمعطيات المتبادلة بين الطبقة الفيزيائية L1في طرف الإرسال وطبقة الـ MAC في طرف لاستقبال أي هي MAC PDU [23] . الفاصل الزمني للإرسال TTI : هو الزمن اللازم لعبور كتلة النقل من الطبقة MAC والطبقة الفيزيائيةL1 في طرف الإ رسال، أو الزمن اللازم لعبور كتلة النقل من الطبقة الفيزيائية وطبقة الـ MAC فيطرف الاستقبال [23] .المؤشر PMI وعلاقته بسرعة الجهاز النقالأوضحنا في التقرير أن المؤشر هو مؤشر راجع من المحطة النقالة إلى المحطة القاعدية، يستخدم عند تطبيق تنوعالإرسال ذو الحلقة المغلقة، فمثلاا في حالة تنوع الإرسال 2Tx-1Rx في حال وصول الإشارتين S1 و S2المرسلتين من هوائيي الإرسال إلى المستقبل 1Rx على توافق بالصفحة يرسل طرف الاستقبال إلى المرسل المؤشرPMI=1 للدلالة على أن الإشارات المرسلة تصل على توافق ولاداعي لأخذ تدابير تصحيح الفرق الطوري فيطرف الإرسال. أما في حال وصول الإشارتين S1 و S2 على تعاكس باصفحة يرسل طرف الاستقبال المؤشرإلى طرف الاستقبال الذي يقوم بإرسال و لتصحيح الفرق الطوري بحيث تصلالإشا رات على توافق بالصفحة لدى طرف الاستقبال.يتعلق المؤشر الراجع PMI بسرعة المستخدم، تأتي هذه العلاقة من كون المؤشر PMI يدل على مقدارالتصحيح في الفرق الطوري بين الإشارات المرسلة بتعدد الإرسال الواجب تطبيقه في طرف الإرسال، هذا الفرقالطوري يتعلق بحالة القناة تعدد المسارات لكل إشارة مرسلة من هوائي الإرسال i إلى هوائي الاستقبال j، حالةقناة تعدد المسارات هذه تتغير بتغير زمن التماسك Coherent Time والذي يتناسب عكساا مع حيثهو تردد دوبلر وهو يتعلق مباشرة بسرعة الجهاز النقال وفق العلاقة:حيث f التردد الحامل تردد دوبلر و سرعة الإشارة وهي سرعة انتشار الضوء و سرعة المحطة النقالة وسرعة المحطة القاعدية وهي معدومة.
  • 122. 117المراجع[1]Ericsson, "ericsson-mobility-report-february-2014-interim," Stockholm, Sweden, 2014.[2]C. Cox, An Introduction To LTE, LTE-Advanced, SAE and 4G Mobile Communications, United Kingdom: WILEY, 2012.[3]M. Farid, "LTE Cell Planning Tool," Ain Shams University, Cairo, 2012.[4]Lingyang Song , Jia Shen, Evolved Cellular Network Planning and Optimization for UMTS and LTE, USA, 2011.[5]3GPP, 3GPP TS 36.300 V8.3.0, France: 3GPP, 2007.[6]Arun Gangwar, Manushree Bhardwaj, "An Overview: Peak to Average Power Ratio in OFDM system and its Effect," International Journal of Communication and Computer Technologies, vol. 01, no. PAPR, pp. 22-25, 2012.[7]F. Khan, LTE for 4G Mobile Broadband, New York, USA: Cambridge University Press, 2009.[8]Motorola, LTE RF PLANNING Guide V1.2, Motorola, 2011.[9]W. Tao, LTE Radio Access Network Planning Guide, China: Huawei, 2011.[10]Y. Zaki, "Future Mobile Communications: LTE Optimization and Mobile Network Virtualization," University of Bremen, Germany, 2012.[11]Saeed Moradi, Roya Doostnejad and Glenn Gulak, Downlink Beamforming for FDD Systems with Precoding and Beam Steering, Toronto, Ontario, Canada: University of Toronto, 2011.[12]L. Zhang, "Network Capacity, Coverage Estimation and Frequency Planning of 3GPP Long Term Evolution," Linköping University, Sweden, 2010.[13]A. B. Syed, Dimensioning of LTE Network Description of Models and Tool, Coverage and Capacity Estimation of 3GPP LTE Radio Interface, Finland: HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, 2009.[14]3GPP, "TS 36.101 V9.3.0," 3GPP, FRANCE, 2010.[15]C. A. Balanis, Modern Antenna Handbook, Canada: John Wiley & Sons, 2008.[16]L. Cable, "LS RF Feeder System," LG, Korea, 2007.[17]S. R.SAUNDERS, ANTENNAS AND PROPAGATION FOR WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS, England: John Wiley & Sons Ltd, 2007.[18]3GPP, "TS 136 213 V9.3.0," 3GPP, France, 2010.[19]M. M. Riikka Susitaival, LTE coverage improvement by TTI bundling, Finland and Germany: IEEE, 2009.[20]R. R. Amitabha Ghosh, Essentials of LTE and LTE-A, UK, Cambridge : Cambridge University Press, 2011.[21]S. C. A. K. S. X. S. L. Suk-Bok Lee, Downlink MIMO with Frequency-Domain Packet Scheduling for 3GPP LTE, Camas: Sharp Laboratories of America, 2010.[22]I. P. A. M. S. X. S. L. Suk-Bok Lee, Proportional Fair Frequency-Domain Packet Scheduling for 3GPP LTE Uplink, Shanghai, China: Huawei Technologies, 2010.[23]3GPP, "3GPP TR 21.905 V10.2.0, Vocabulary for 3GPP Specifications," 3GPP, Valbonne - FRANCE, 2010.[24]3GPP, ETSI TS 136 101 V8.6.0, France, 2009.[25]3GPP, "TR 136 931 V9.0.0," ETSI, France, 2011.[26]Ericsson, GSM System Survey, Ericsson Radio Systems, 1998.[27]Zhu Dianrong and Zhang Shenggyang, LTE Radio Network Capacity Dimensioning, China: Huawie Course OEP100320, 2013.[28]Transparent network performance verification forLTE rollouts, Ericsson, 2012.Questions: MHSH2025@Gmail.Com
    Please download to view
  • 122
    All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
    Description
    In this project, we are implementing a tool for calculating number of base stations required to meet LTE network coverage and capacity requirement. Coverage planning includes link budget analysis for calculating MAPL and then determining cell radius using RF propagation models. Capacity planning cares about service models and traffic models for calculating required throughput in the network, In addition, it is concerned with calculating cell throughput.
    Text
    • 1. 1الجمهـوريـة العربيــة الســـوريةالمعهد العالي للعلوم التطبيقية والتكنولوجياقسـم الاتصاالاتالعام الدراسي 2013/2014مشروع تخرجأعد لنيل درجة الإجازة في هندسة الاتصالاتأداة تخطيط الخلايا في الجيل الرابعLTE Cell Planning Toolتقديممحمَّد الش ـَّريفإشرافد.نزار زرقا د.أيمن السواح2/9/2014
  • 2. iالملخصسنقوم في هذا المشروع بتنجيز أداة تقوم بحساب عدد المحطات القاعدية ومساحة الخلية اللازمة لتحقيق متطلباتالتغطية والسعة في شبكات الجيل الرابع الخليوية. يتضمن تخطيط التغطية حساب ميزانية الوصلة لتحديد فقد المسار الأعظميالمسموح به ثم حساب مساحة الخلية بالاعتماد على نماذج الانتشار. بينما يتضمن تخطيط السعة دراسة نموذج الخدمة ونموذجالازدحام لحساب معدل النقل المطلوب من الشبكة الخليوية كما يتضمن حساب معدل النقل الذي يمكن تأمينه بخلية واحدة.AbstractIn this project, we are implementing a tool for calculating number of base stations required to meet LTE network coverage and capacity requirement. Coverage planning includes link budget analysis for calculating MAPL and then determining cell radius using RF propagation models. Capacity planning cares about service models and traffic models for calculating required throughput in the network, In addition, it is concerned with calculating cell throughput.
  • 3. iiجدول المحت وياتالملخص ...........................................................................................iAbstract .......................................................................................iجدول المحتويات ................................................................................... iiقائمة الأشكال ..................................................................................................................... viقائمة الجداول ..................................................................................................................... ixالاختصارات ...................................................................................................................... xiمقدمة عامة ......................................................................................................................xivالفال الأول ..................................................................................... 1مدخل إلى LTE وتخطيط الخلايا ............................................................................................... 1-1.1 الحاجة إلى LTE ................................................................................................................ 1-2.1 أهداف LTE...................................................................................................................... 2-3.1 بنية الشبكة LTE ................................................................................................................ 2-4.1 تقنيات الوصول المتعدد في LTE ............................................................................................ 3-1.4.1 التضميم بالتقسيم الترددي المتعامد OFDM ......................................................................... 3-2.4.1 تقنية OFDMA للوصول المتعدد على الوصلة الهابطة ............................................................ 6-3.4.1 تقنية SC-FDMA للوصول المتعدد على الوصلة الصاعد ة ........................................................ 7-6.1 أنماط الحوامل الفرعية ..................................................................................................... 11-7.1 انزياح دوبلر الأعظمي ..................................................................................................... 12-8.1 بنية كتلة الموارد RB Structure........................................................................................... 13-9.1 بنية الإطار Frame Structure ............................................................................................ 11-10.1 ملخص الخصائص المفتاحية في LTE .................................................................................. 11-11.1 إعادة الاستخدام الجزئي للتردد .......................................................................................... 16-12.1 طبقات شبكة الوصول الراديوي EUTRAN ............................................................................ 11-13.1 التنوع المكاني Spatial Diversity ....................................................................................... 11-1.13.1 تنوع الاستقبال Recieve Diversity ............................................................................... 11-2.13.1 تنوع الارسال Transmit Diversity .............................................................................. 22-1 تنوع الإرسال بطريقة الحلقة المغلقة ............................................................................... 22-14.1 التضميم المكاني Spatial Multiplexing................................................................................ 21-1.14.1 المبدأ العام للتضميم المكاني ....................................................................................... 21-2.14.1 الوصول المتعدد باستخدام التضميم المكاني .................................................................... 23-15.1 تشكيل حزمة الإشعاع Beamforming ................................................................................. 21-16.1 التعديل وترميز القناة المتكيف AMC ................................................................................... 21-17.1 السعة في الأنظمة الخليوية ............................................................................................... 26-18.1 أهداف تخطيط الشبكة الخليوية .......................................................................................... 26-19.1 مراحل التخطيط الخليوي ................................................................................................. 21-1.19.1 التخطيط الأولي Initial Planning................................................................................. 21-2.19.1 التخطيط التفصيلي Detailed Planning ......................................................................... 21
  • 4. iii-3.19.1 التخطيط الأمثل Optimized Planning........................................................................... 32الفال الثاني .................................................................................... 11ضبط أبعاد التغطية ............................................................................................................ 31-1.2 خطوات ضبط أبعاد التغطية ............................................................................................... 31-2.2 حساب ميزانية الوصلة الراديوية الهابطة DL RLB ..................................................................... 32-1.2.2 مدخلات ميزانية الوصلة الراديوية الهابطة DL RLB Inputs ................................................... 32-2.2.2 معاملات النظام System parameters ............................................................................ 33-1.2.2.2 نمط الازدواجية Duplex mode.............................................................................. 33-2.2.2.2 الحزم الترددية في LTE ( Operating Bands ) .............................................................. 31-3.2.2.2 عرض الحزمة الترددية للقناة Channel Bandwidth .................................................... 31-4.2.2.2 عدد كتل الموارد Number of RB ........................................................................... 36-5.2.2.2 عرض الحزمة الفعال وفعالية عرض الحزمة ............................................................. 36-6.2.2.2 نمط الازدحام Clutter Type ................................................................................. 37-7.2.2.2 نموذج القناة channel model ................................................................................ 37-3.2.2 خصائص المرسل ) eNodeB ) ...................................................................................... 31-1.3.2.2 نمط هوائي الإرسال في المحطة القاعدية .................................................................. 31-2.3.2.2 استطاعة الارسال للمحطة القاعدية .......................................................................... 31-3.3.2.2 ضياعات خطوط النقل ......................................................................................... 31-4.3.2.2 مضخم القمة TTA............................................................................................... 11-5.3.2.2 ربح الهوائي المرسل في المحطة القاعدية ................................................................. 12-6.3.2.2 استطاعة الإشعاع الآيزوتروبية المكافئة ................................................................... 13-4.2.2 خصائص المستقبل ) UE ) ............................................................................................ 13-1.4.2.2 استطاعة الضجيج الحراري .................................................................................. 13-2.4.2.2 رقم الضجيج لدارة الاستقبال Noise Figure ............................................................... 13-3.4.2.2 ضياع جسم الإنسان Body Loss.............................................................................. 11-4.4.2.2 ربح هوائي الاستقبال .......................................................................................... 11-5.4.2.2 نمط التعديل وترميز القناة على حدود الخلية Target Cell edge MCS ................................. 11-6.4.2.2 ربح تنوع الإرسال ............................................................................................. 11-7.4.2.2 ربح تنوع الاستقبال ............................................................................................ 16-3.2.2.2 أثر التضميم المكاني ........................................................................................... 16-8.4.2.2 معدل الخطأ في كتلة النقل BLER ............................................................................. 16-9.4.2.2 عدد كتل المخصصة للمشترك على حدود الخلية الموارد ............................................... 17أما في حالة التضميم المكاني SU-MIMO .) فنحصل على المنحنيات المبينة في )الشكل - 36 ...... 12-10.4.2.2 نسبة الإشارة إلى الضجيج والتداخل SINR المطلوبة .................................................... 11-11.4.2.2 ربح إعادة الإرسال الهجينة HARQ Gain ................................................................. 11-12.4.2.2 ربح وتأخير مضاعفة زمن الإرسال ...................................................................... 17-13.4.2.2 حساسية المستقبل ............................................................................................. 61-5.2.2 معاملات أخرى ....................................................................................................... 61-1.5.2.2 هامش الظل Shadowing Margin ........................................................................... 61-2.5.2.2 حمل الخلية و هامش التداخل ................................................................................. 62-3.5.2.2 ربح تشكيل الحزمة Beamforming ......................................................................... 63-4.5.2.2 هامش التنفيذ Implementation Margin ................................................................... 61-5.5.2.2 ربح الجدولة الترددية FDPS Gain ........................................................................... 61
  • 5. iv-6.5.2.2 هامش ضياع التغلغل Penetration Loss ................................................................... 66-7.5.2.2 ربح التسليم ...................................................................................................... 67-6.2.2 فقد المسار الأعظمي المسموح به على الوصلة الهابطة DL MAPL....................................... 67-3.2 حساب ميزانية الوصلة الراديوية الصاعدة DL RLB ................................................................... 67-1.3.2 معاملات النظام System parameters ............................................................................ 61-2.3.2 خصائص المرسل Transmitter parameters UE .............................................................. 61-1.2.3.2 استطاعة الارسال للجهاز النقال ............................................................................. 61-2.2.3.2 ربح هوائي الإرسال ........................................................................................... 61-3.2.3.2 ضياع جسم الإنسان Body Loss.............................................................................. 61-4.2.3.2 الاستطاعة الآيزوتروبية الفعالة المشعة: ................................................................... 61-3.3.2 خصائص المستقبل parameters eNB Receiver................................................................ 61-1.3.3.2 الضجيج الحراري .............................................................................................. 61-2.3.3.2 مضخم القمة TTA............................................................................................... 61-3.3.3.2 رقم الضجيج في المحطة القاعدية ........................................................................... 61-4.3.3.2 ربح هوائي الاستقبال .......................................................................................... 72-5.3.3.2 نمط التعديل والترميز .......................................................................................... 72-6.3.3.2 نسبة الإشارة إلى الضجيج والتداخل المطلوبة ............................................................. 71-7.3.3.2 حساسية المستقبل ................................................................................................ 72-4.3.2 معاملات أخرى ....................................................................................................... 72-1.4.3.2 هامش التداخل ................................................................................................... 72-5.3.2 فقد المسار الأعظمي المسموح به على الوصلة الصاعدة UL MAPL ......................................... 73-4.2 مثال على حساب ميزانية الوصلة ........................................................................................ 73-5.2 نموذج الانتشار الراديوي RF Propagation Model ................................................................... 71-1.5.2 نموذج الانتشار Okumura-Hata................................................................................... 76-1.1.5.2 تغيرات قطر الخلية مع التردد في نموذج الانتشار Okumura-Hata .................................. 77-2.1.5.2 تغيرات قطر الخلية مع فقد المسار الأعظمي المسموح به في نموذج Okumura-Hata ............ 77-3.1.5.2 تغيرات قطر الخلية مع ارتفاع المحطة القاعدية في نموذج الانتشار Okumura-Hata ............. 71-4.1.5.2 تغيرات قطر الخلية مع ارتفاع المحطة النقالة في نموذج الانتشار Okumura-Hata................ 71-2.5.2 نموذج الانتشار COST231-Hata ................................................................................... 71-1.2.5.2 تغيرات قطر الخلية مع التردد في نموذج الانتشار COST231-Hata ................................... 71-2.2.5.2 تغيرات قطر الخلية مع فقد المسار الأعظمي المسموح به في نموذج COST231-Hata............. 12-3.2.5.2 تغيرات قطر الخلية مع ارتفاع المحطة القاعدية في نموذج الانتشار COST231-Hata.............. 12-4.2.5.2 تغيرات قطر الخلية مع ارتفاع المحطة النقالة في نموذج الانتشار COST231-Hata ................ 11-6.2 حسابات التغطية: ............................................................................................................ 11-1.6.2 مساحة الخلية الأحادية Omni-Cell ................................................................................. 11-2.6.2 مساحة الخلية الثنائية Bi-sector Cell............................................................................... 12-3.6.2 مساحة الخلية الثلاثية Tri-sector Cell ............................................................................. 12-4.6.2 مساحة الخلية السداسية Six-sector Cell ........................................................................... 12الفال الثالث .................................................................................. 31ضبط أبعاد السعة .............................................................................................................. 13-1.3 خطوات ضبط أبعاد السعة ................................................................................................. 13-2.3 معدل النقل في الشبكة الخليوية Network throughput ............................................................... 13-1.2.3 نموذج الخدمة Service Model ..................................................................................... 11
  • 6. v-2.2.3 نموذج الازدحام Traffic Model .................................................................................... 16-3.2.3 حسابات معدل النقل في الشبكة الخليوية .......................................................................... 11-1.3.2.3 نسبة القيمة العظمى لمعدل النقل إلى معدل النقل على الحامل: ......................................... 11-2.3.2.3 معدل النقل الوسطي للمشترك: ............................................................................... 11-3.3 معدل النقل في الخلية Cell throughput ................................................................................. 11-1.3.3 معدل النقل على الطبقة MAC ....................................................................................... 11-2.3.3 العبء التحكمي على الوصلة الهابطة: ............................................................................ 12-1.2.3.3 عبء الإشارات المرجعية في الوصلة الهابطة Reference Signals Overhead ..................... 12-2.2.3.3 عبء إشارات التزامن Synchronization Signals Overhead .......................................... 12-3.2.3.3 عبء قناة البث الفيزيائية PBCH ............................................................................. 11-4.2.3.3 عبء قنوات التحكم الفيزيائية PHICH و PCFICH و PDCCH .............................................. 11-3.3.3 العبء التحكمي على الوصلة الصاعد ة ............................................................................ 12-1.3.3.3 عبء قناة التحكم على الوصلة الصاعدة PUCCH Overhead ........................................... 12-2.3.3.3 عبء الإشارات المرجعية على الوصلة الصاعد ة ........................................................ 12-3.3.3.3 عبء قناة الوصول العشوائي PRACH Overhead : ....................................................... 13-4.3.3 معدل النقل الوسطي للخلية على الطبقة MAC.................................................................... 13-5.3.3 معدل النقل الوسطي للخلية على الطبقة IP........................................................................ 11-4.3 حسابات السعة ............................................................................................................... 11الفال الرابع ................................................................................... 69التنفيذ العملي .................................................................................................................... 16-1.4 تخطيط التغطية .............................................................................................................. 16-1.1.4 معاملات النظام ....................................................................................................... 16-2.1.4 معاملات المحطة النقالة .............................................................................................. 17-3.1.4 معاملات المحطة القاعدية ........................................................................................... 17-4.1.4 معاملات أخرى ....................................................................................................... 11-5.1.4 بارامترات نموذج الانتشار .......................................................................................... 11-2.4 تخطيط التغطية .............................................................................................................. 11-1.2.4 نموذج الخدمة .......................................................................................................... 11-2.2.4 نموذج الازدحام ....................................................................................................... 11-3.2.4 معدل النقل في الشبكة .............................................................................................. 122-4.2.4 معدل النقل في الخلية ............................................................................................... 122-3.4 النتيجة النهائية ......................................................................................................... 121الخاتمة ......................................................................................... 201الملاحق ...................................................................................... 101الملحق أ ....................................................................................... 201تعاريف ومصطلحات ....................................................................................................... 121المراجع ........................................................................................ 201
  • 7. viقائمة الأشكالالشكل - 1- المخطط الصندوقي للمشروع ...................................................................... xivالشكل - 2 - مقارنة بين كمية المكالمات وكمية البيانات المتبادلة شهريا ا على الشبكة الخليوية ....................... 1الشكل – 3 – شكل مبسط يوضح البنية الهيكلية لشبكتي الجيلين الثالث والرابع ................................... 3الشكل - 4- تقنيات الوصول المتعدد في الجيل الرابع .............................................................. 3الشكل - 5- الحوامل المتعامدة في OFDM....................................................................... 4الشكل - 6 - المخطط الصندوقي لمرسل مستقبل OFDM على الوصلة الهابطة ................................... 5الشكل - 7 - تقسيم الموارد الزمنية والترددية في OFDMA........................................................ 6الشكل - 8 - توزع الرموز ضمن الحوامل الفرعية في OFDMA و SC-FDMA ................................. 8الشكل - 9 - المخطط الصندوقي لمرسل ومستقبل SC-FDMA على الوصلة الصاعدة ........................... 9الشكل - 11 – البادئة الدوارة في LTE ........................................................................ 11الشكل - 11 - توزع الرموز المرجعية على الوصلتين الهابطة والصاعدة ............................................ 11الشكل - 12 - أنماط الح وامل الفرعية في LTE ................................................................. 11الشكل - 13 - التداخل بين الحوامل ICI....................................................................... 11الشكل - 14 – بنية كتلة الموارد في حالتي البادئة الدوارة الطبيعية والموسعة ....................................... 13الشكل - 15 – بنية الإطار الراديوي في LTE.................................................................. 14الشكل - 16 – التداخل بين الخلايا ............................................................................ 16الشكل - 11 – تخفيض التداخل بين الخلايا بالتشاور بين الخلايا ............................................... 11الشكل - 18 - طبقات شبكة ال وصول الراديوي ................................................................. 18الشكل - 19 - تخفيض الخفوت باستخدام تنوع الاستقبال ....................................................... 19الشكل - 20 - تنوع الارسال بطريقة الحلقة المغلقة ............................................................... 11الشكل - 21 - تنوع الإرسال بطريقة الحلقة المفتوحة باستخدام ترميز Alamouti ................................ 11الشكل - 22 - المخطط الصندوقي لنظام التضميم المكاني 2x2 .................................................. 11الشكل - 23 - الوصول المتعدد بالتضميم المكاني على الوصلة الصاعدة .......................................... 13الشكل - 24 - تشكيل حزمة الإشعاع على الوصلة الهابطة ....................................................... 15الشكل - 16 – تخطيط التغطية والسعة لحساب عدد الخلايا .................................................... 19
  • 8. viiالشكل - 25 المراحل الأساسية في التخطيط الراديوي ............................................................ 19الشكل - 11 – خطوات ضبط أبعاد التغطية ................................................................... 31الشكل - 18 – نمط الازدواجية الترددية ونمط الازدواجية الزمنية ................................................. 33الشكل - 19 - عدد الحوامل الفرعية الذي يتيحه عرض الحزمة المختار ........................................... 36الشكل - 31 - ضياعات المغذي بدلالة التردد من أجل حالات مختلفة حسب قطر المغذي ومرونته .............. 41الشكل - 31 – موضع مضخم القمة وبنيته الداخلية ............................................................ 41الشكل - 31 - المخطط الإشعاعي لهوائي الإرسال في المستويين الأفقي والعمودي ............................... 41الشكل - 33 – معدل الترميز بدلالة رقم نمط التعديل والرميز .................................................... 45الشكل - 34 - آلية تحديد عدد كتل الموارد اللازم إسنادها للمشترك ............................................. 41الشكل - 35 – معدل النقل المفيد بدلالة عدد كل الموارد اللازمة لتأمينه لمختلف أنماط التعديل والترميز بدون تضميممكاني .................................................................................................................. 49الشكل - 36 - معدل النقل المفيد بدلالة عدد كتل الموارد المخصصة في حالة النمط SU-MIMO .... 51الشكل - 31 – العوامل المحدة لنسبة الإشارة إلى الضجيج المطلوبة .............................................. 51الشكل - 38 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الهابطة حالة رقم1 ...................................................................................................................... 51الشكل - 39 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الهابطة حالة رقم1 ...................................................................................................................... 53الشكل - 41 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الهابطة حالة رقم3 ...................................................................................................................... 53الشكل - 41 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الهابطة حالة رقم4 ...................................................................................................................... 53الشكل - 41 - إعادة الإرسال الهجينة .......................................................................... 55الشكل - 43 - العوامل المؤثرة في ربح إعادة الإرسال الهجينة ..................................................... 56الشكل - 44 - مضاعفة زمن الإرسال إلى أربعة أضعاف ........................................................ 51الشكل - 45 - التأخير الذي يضيفه إعادة الإرسال مرة واحدة باستخدام HARQ على مستوى الطبقة MAC. 58الشكل - 46 - التأخير عند إعادة الإرسال مرة واحدة مع مضاعفة زمن الإرسال إلى أربع أضعاف ............... 59الشكل - 41 - عدد مرات إعادة الإرسال الممكنة من دون استخدام مضاعفة زمن الإرسال خلال مدة التأخير الذيتؤدي إليه حالة المضاعفة إلى أربع أضعاف وإعادة إرسال مرة واحدة. ................................................... 61الشكل - 48 – أثر هامش الظل في تحسين وثوقية التغطية ....................................................... 61
  • 9. viiiالشكل - 49 - أثر المبعثرات في زيادة زاوية الانتشار AS ........................................................ 63الشكل - 51 - ربح الجدولة الترددية بدلالة نسبة عدد كتل الموارد المخصصة للمشترك لمختلف قيم عرض الحزمة . 66الشكل - 51 - معدل الترميز لمختلف أنماط التعدل والترميز المستخدمة على القناة PUSCH.................... 11الشكل - 51 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الصاعدة حالة رقم1 ...................................................................................................................... 11الشكل - 53 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الصاعدة حالة رقم1 ...................................................................................................................... 11الشكل - 54 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الصاعدة حالة رقم3 ...................................................................................................................... 11الشكل - 55 - النسبة SINR بدلالة عدد كتل الموارد لمختلف أنماط التعديل والترميز على الوصلة الصاعدة حالة رقم4 ...................................................................................................................... 11الشكل - 56 - هامش التداخل على الوصلة الصاعدة بدلالة حمل الخلية ........................................ 13الشكل - 51 - طريقة تحديد ارتفاع هوائي المحطة القاعدية في نموذج انتشار Okumura-Hata .................. 16الشكل - 58 – نصف قطر الخلية بدلالة التردد في نموذج Okumura-Hata ................................... 11الشكل - 59 - نصف قطر الخلية بدلالة فقد المسار الأعظمي المسموح به في نموذج Okumura-Hata ......... 11الشكل - 61 – تغيرات نصف قطر الخلية مع ارتفاع هوائي المحطة القاعدية في نموذج Okumura-Hata ........ 18الشكل - 61 - تغيرات نصف قطر الخلية مع ارتفاع المحطى النقالة في نموذج Okumura-Hata ................. 18الشكل - 61 – تغيرات نصف قطر الخلية مع تردد الإشارة في نموذج COST231-Hata ....................... 19الشكل - 64 - تغيرات نصف قطر الخلية مع ارتفاع هوائي المحطة القاعدية في نموذج COST231-Hata ........ 81الشكل - 63 - تغيرات نصف قطر الخلية مع فقد المسار الأعظمي المسموح به في نموذج COST231-Hata.... 81الشكل - 65 - تغيرات نصف قطر الخلية مع ارتفاع المحطة النقالة في نموذج COST231-Hata ................. 81الشكل - 66 - الخلية الأحادية الاتجاه .......................................................................... 81الشكل - 61 - الخلية الثنائية .................................................................................... 81الشكل - 68 - الخلية الثلاثية ................................................................................... 81الشكل - 69 - الخلية السداسية ................................................................................. 81الشكل - 11 - خطوات ضبط أبعاد السعة ..................................................................... 83الشكل - 11 - المدة الفعلية لتدفق الطرود من الطبقة IP إلى الطبقة PDCP أو بالعكس ........................ 85الشكل - 11 - المراحل التي تمر بها المعطيات أثناء عبورها من الطبقة MAC إلى الطبقة IP ...................... 94
  • 10. ixقائمة الجداولالجدول 1- ملخص الخصائص المفتاحية لـ LTE ................................................................. 15الجدول 1- مدخلات ميزانية الوصلة الراديوية الهابطة ............................................................. 31الجدول 3- مقارنة بين نمطي الازدواجية الزمنية والترددية .......................................................... 33الجدول 4- الحزم الترددية في LTE .............................................................................. 34الجدول 5- عرض الحزمة الذي توفره كل حزمة ترددية ............................................................ 35الجدول 6 – عرض الحزمة الفعال وفعالية عرض الحزمة ............................................................ 36الجدول 7 - أنماط الازدحام في وسط الانتشار .................................................................... 31الجدول 8 - نماذج قناة تعدد المسارات ............................................................................ 31الجدول 9 - نموذج لقيم ضياعات خط النقل المحوري حسب قطره ومرونته والتردد الحامل ........................... 41الجدول 11 – أنماط التعديل وترميز القناة PDSCH............................................................. 45الجدول 11 - عدد كتل الموارد المخصصة للمشترك لتحقيق حجم ودليل كتلة النقل المطلوب ..................... 48الجدول 11 - جدول التحويل من TBS_L1 إلى TBS_L2 ................................................... 49الجدول 13 - النسبة SINR من أجل عدد معين من كتل الموارد ونمط معين للتعديل والترميز ..................... 51الجدول 14 - طريقة اختيار نمط التعديل والترميز الأمثلي .......................................................... 55الجدول 15 - نسبة التخفيض في معدل النقل الناتجة عن إعادة الإرسال الهجين ومضاعفة زمن الإرسال ........... 51الجدول 16 - التأخير D الناتج عن مضاعفة زمن الإرسال واستخدام HARQ ، المعامل L الذي يعبر عن عدد مراتإعادة الإرسال خلال فترة التأخير D في باستخدام HARQ من دون مضاعفة زمن الإرسال ............................ 61الجدول 11 - ربح مضاعفة زمن الإرسال من أجل حالات مختلفة لعدد مرات إعادة الإرسال وعدد مرات المضاعفة 61الجدول 18 - التابع العكسي لتابع التوزع الاحتمالي الطبيعي القياسي التراكمي .................................... 61الجدول 19 - الجدولة بخوارزمية Round Robin................................................................. 65الجدول 11 - الجدولة بخوارزمية Carrier By carrier in turn .................................................. 65الجدول 11 - الجدولة بخوارزمية Riding Peaks ................................................................. 65الجدول 11 - الجدولة بخوارزمية RB Grouping ................................................................ 65الجدول 13 - القيم النموذجية لضياعات التغلغل حسب طبيعة المنطقة ............................................ 66الجدول 14 - مدخلات ميزانية الوصلة الصاعدة .................................................................. 68
  • 11. xالجدول 15 - أصناف الأجهزة النقالة حسب استطاعة الارسال العظمى .......................................... 69الجدول 16 - أنماط التعديل وترميز القناة PUSCH .............................................................. 11الجدول 11 - مثال على حساب ميزانية الوصلة للقناتين PDSCH و PUSCH .................................. 14الجدول 18 – الخدمات التي تقدمها شبكات الجيل الرابع ........................................................ 84الجدول 19 – معاملات نموذج الخدمة ........................................................................... 86الجدول 31 – معاملات نموذج الازدحام ......................................................................... 81الجدول 31 - القيم النموذجية لنسبة القيمة العظمى إلى القيمة الوسطى لمعدل النقل على الحامل .................. 88الجدول 31 - العبء التحكمي الناتج عن الإشارات المرجعية في الوصلة الهابطة ................................... 91الجدول 33 - العبء التحكمي النتاج عن إشارات التزامن في الوصلة الهابطة ...................................... 91الجدول 34 - العبء التحكمي الناتج عن القناة PBCH ........................................................ 91الجدول 35 - العبء التحكمي الناتج عن قنوات التحكم الفيزيائية في الوصلة الهابطة ............................. 91الجدول 36 - العبء التحكمي الناتج عن القناة PUCCH...................................................... 91الجدول 31 - العبء التحكمي الناتج عن الإشارات المرجعية على الوصلة الصاعدة .............................. 91الجدول 38 - العبء التحكمي الناتج عن القناة PRACH...................................................... 93الجدول 39 - تحديد احتمالات ومعدلات النقل على الطبقة MAC لكل نمط تعديل وترميز ..................... 93
  • 12. xiالاختاارات3GPP3rd Generation Partnership Projectمنظمة مشروع الجيل الثالثAMCAdaptive Modulation and codingالتعديل وترميز القناة المتكفARQAutomated Repeat Requestإعادة الإرسال التلقائيةBHSABusy Hour Session Attemptsمحاولات إنشاء الجلسة في ساعة الذروةBLERBlock Error Rateمعدل الخطأ في كتلة المعطاتBTCBase Transciever Controllerالمتحكم المركزيCDMACode Division Multiple Accessالوصول المتعدد بتقسيم الرمازCNCore Networkالشبكة النواةCPCyclic Prefixالبادئة الدوارةCSCircuit SwitchedDL & ULDownLink and Uplin kالوصلة الهابطة والوصلة الصاعدةDM RSDemodulation Reference Signalsالإشارات المرجعية الخاصة بفك التعديلEIRPEffective Isotropic Radiated Powerالاستطاعة المشعة المكافئة آيزوتروبي ااeNBevolved Node Bالمحطة القاعدية المحسنةEPAExtended Pedestrian A modelEPSEvolved Packet Systemنظام حزم البيانات المطوّرEPCEvolved Packet Coreنواة حزم البيانات المطوّرةETUExtended Typical Urban modelEUTRANEvolved UMTS Terrestrial Radio Access Networkشبكة الوصول الراديوية المطوّرةEVAExtended Vehicular A modelFDDFrequency Division Duplexالازدواجية التردديةFDMAFrequency Division Multiple Accessالوصول المتعدد بالتقسيم التردديFDPSFrequency Domain Packet schedulingالجدولة التردديةGSMGlobal System for Mobile communicationالنظام العالمي للاتصالات النقالةGERANGSM EDGE Radio Access Networkشبكة الوصول الراديوي في الجيل الثانيHARQHybrid Automated Repeat Requestإعادة الإرسال الهجينة
  • 13. xiiHSDPAHigh Speed Downlink Packet Accessالوصول باستخدام حزم البيات عالية السرعةعلى الوصلة الهابطةICICInter Cell Interference Coordinationالتشاور لتخفيض التداخل بين الخلاياIMIntrference Marginهامش التداخلIMSI-P Multimedia SubsystemISIInter Symbol Interferenceالتداخل في الرمزLTELong Term Evolutionالتطوير بعيد المدى للجيل الثالثMACMedium Access Controlالتحكم بالوصول إلى الوسطMAPLMaximum Allowed Path Lossفقد المسار الأعظمي المسموح بهMBMSMultimedia Broadcast Multicast Servicesخدمات البث والبث المتعدد للوسائط المتعددةMCSModulation and Coding Schemeنمط التعديل والترميزMIMOMultiple Input Multiple Outputتعدد الهوائياتMU-MIMOMulti User MIMOالتضميم المكاني لعدة مستخدمينMMEMobility Management Entityقسم إدارة الحركةNRBNumber of Resource Blockعدد كتل المواردOFDMOrthogonal Frequency Division Multiplexingالتضميم بالتقسيم الترددي المتعامدOFDMAOrthogonal Frequency Division Multiple Accessالوصول المتعدد بالتقسيم الترددي المتعامدPAPRPeak to Average Power Ratioنسبة الاستطاعة العظمى إلى الاستطاعة الوسطىPBCHPhysical Broadcast Channelقناة البث الفيزيائيةPCRFPolicy and Charging Rules Functionقسم إدارة القوانين والفوترةPDCPPacket Data Convergence ProtocolPDCCHPhysial Downlink Control Channelقناة التحكم الفيزيائية على الوصلة الهابطةPDSCHPhysial Downlink Shared Channelالقناة الفيزيائية المشتركة على الوصلة الهابطةPGWPacket Data Network Gatewayبوابة شبكة حزم البياناتPMIPrecoding Matrix Indicatorمؤشر مصفوفة ال ترميز المسبقPPPPoint to Point Protocolبروتوكول الند للندPSPacket SwitchedQoSQuality of Serviceجودة الخدمة
  • 14. xiiiRBResource Blockكتلة المواردREResourc Elementعنصر المواردRFRadio Frecuencyالتردد الراديويRNCRadio Network Controllerمتحكم الشبكة الراديويةRIRank Indicatorمؤشر الرتبةRSReference Signalsالإشارات المرجعيةRLBRadio Link Budjetميزانية الوصلة الراديويةRLCRadio Link Controlطبقة التحكم بالوصلة الراديويةRRCRadio Resource Controlطبقة التحكم بالموارد الراديويةSAESystem architecture Evolutionتطوير هيكلية النظامSC-FDMASingle Carrier Frequency Division Multiple Accessالوصول المتعدد بالتقسيم الترددي وحيد الحاملSDSpatial Diversityالتنوع المكانيSFMShadow Fading Marginهامش خفوت الظلSGWServing Gatewayالبوابة المخدمةSMSpatial Multiplexingالتضميم المكانيSINRSignat to Interference plus Noise Ratioنسبة الإشارة إلى التداخل والضجيجSRSSounding Reference Signalالإشارات المرجعية الخاصة بسبر القناةSU-MIMOSingle User MIMOالتضميم المكاني لمستخدم واحدTDMATime Division Multiple Accessالوصول المتعدد بالتقسيم الزمنيTDDTime Division Duplexالازدواجية الزمنيةTTATower Top Amplifierمضخم القمةTTITransmission Time IntervalUEUser Equiomentالجهاز النقال )المحطة النقالة(UMTSUniversal Terrestrial Telecommunication Systemالنظام العالمي العام للاتصالات الخليويةVoIPVoice Over IP
  • 15. xivمقدمة عامةيلعب الجيل الرابع في الاتصالات الخليوية LTE دوراا هاماا في مواكبة النهم المتزايد على معدلات النقل في الأنظمة الخليوية.يؤدي تخطيط الشبكة الخليوية إلى تقليص عيوب الشبكة وتخفيف عمليات الصيانة وتقليل الهدر في الموارد مما ينعكس إيجاباافي تخفيض كلفة ما قبل وما بعد تركيب الشبكة.يبين الشكل - 1 مخطط المشروع ويتضمن القيام بالتخطيط على مستويين مستوى التغطية ومستوى السعة. نقوم في الجزءالخاص بتخطيط التغطية بتحليل ميزانية الوصلة بأدق تفاصيلها للحصول على فقد المسار الأعظمي المسموح به على الوصلة،بعد ذلك نقوم بدراسة نماذج الإنتشار الراديوي التي تفيد في حساب نصف قطر الخلية، وبعدها نقوم بإجراء مجموعة منالعمليات الحسابية تهدف إلى حساب مساحة الخلية ومن ثم عدد الخلايا اللازمة لتغطية المساحة المحددة.يتناول الجزء الخاص بتخطيط السعة دراسة متطلبات السعة على الشبكة الخليوية التي يتم تحديدها من خلال نماذج الخدمةونماذج الإزدحام للحصول على معدل النقل الوسطي للمستخدم ومن ثم نحسب معدل النقل الكلي في الشبكة الذي يلخصمتطلبات السعة في الشبكة. من جهة أخرى نقوم بحساب معدل النقل الكلي في الخلية على الطبقة MAC وهذا يتطلبتحديد خصائص الطبقة الفيزيائية من رتبة تعديل ومعدل ترميز القناة ونمط البادئة الدوارة وعدد كتل الموارد في النظام وحسابالعبء التحكمي للإشارات المرجعية وإشارات التزامن وقنوات التحكم الفيزيائية وقناة الوصول العشوائي، وبعد ذلك نحولمعدل لنقل في الخلية من الطبقة MAC إلى الطبقة IP . تنتهي مرحلة تخطيط السعة بتقسيم معدل النقل في الشبكة علىمعدل النقل في الخلية للحصول على عدد الخلايا اللازمة لتحقيق متطلبات السعة.الشكل - 1- المخطط الصندوقي للمشروع
  • 16. 1الفصل الأولمدخل إلى LTE وتخطيط الخلايانبيّن في هذا الفصل لمحة عامة عن شبكات LTE وأهميتها وأهدافها وبنيتهاا ولتقنيات المستخدمة في الإرسال والاستقبال وكذلك المعاملات الأساسية التي تميزهذه الأنظمة بالإضافة إلى لمحة عن أهداف التخطيط الراديوي ومراحله-1.1 الحاجة إلى LTEص مّ م ت الشبكات الخليوية في الأساس لتأمين الاتصالات الصوتية. إلا أن الانتشار الواسع للانترنت والتطورالمتسارع لأجهزة الهاتف النقال ك ماا ونوع اا، جعل الشبكات الخليوية تقوم بوظيفة نقل البيانات على التوازي معوظيفتها الرئيسية في نقل الصوت. تبين الإحصائيات التزايد المستمر لكمية البيانات المتبادلة حتى أصبحتتشكل 91% من كمية المعلومات المتبادلة على الشبكات الخليوية في نهاية العام 2013 بينما لم تعد المكالماتالصوتية تشكل سوى 9% من كمية المعلومات المتبادلة )الشكل - 2 ) [1] .أدى هذا التزايد في الطلب على البيانات إلى اختناق أنظمة الجيلين الثاني والثالث مما ولد الحاجة إلى نظاماتصال ذو سعة أكبر. كما أدى إلى تناقص دور النطاق Circuit-switched المسؤول عن نقل المكالماتوتنامي دور النطاق Packet-switched المسؤول عن نقل البيانات. مما ولد الحاجة إلى نظام الاتصالاتالموحدة لتأمين الاتصالات الصوتية ونقل البيانات بنفس النطاق. يبسط الانتقال الكامل إلى النطاق Packet- Switched بنية قلب الشبكة وبالتالي يخفض زمن التأخير مما يفتح المجال أمام التطبيقات التي تتطلب النقلبالزمن الحقيقي [2] .الشكل - 2 - مقارنة بين كمية المكالمات وكمية البيانات المتبادلة شهرياا على الشبكة الخليوية
  • 17. 2-2.1 أهداف LTEقامت منظمة 3GPP بوضع مجموعة من الأهداف التي تتلخص بالنقاط التالية [3] :-1 زيادة سعة الخلية إلى ثلاث أو أربع أضعاف السعة التي تتيحها خلايا Rel.6 HSUPA [4] .-1 تخفيض كلفة البت Cost per bit ووضع نظام فوترة لا يتعلق بحجم المعطيات المتبادلة.-3 الوصول إلى معدل نقل أعظمي 100Mbps على الوصلة الهابطة و 50Mbps على الوصلة الصاعدة [4] .-4 إمكانية العمل ضمن الحزم الترددية المستخدمة في عائلات الجيلين الثاني والثالث.-5 زيادة التغطية من خلال تأمين معدلات النقل المطلوبة على مساحات أوسع.-6 تقليل التأخير مما يتيح إمكانية إضافة خدمات جديدة تعمل بالزمن الحقيقي.-1 إتاحة خيارات متعددة لعرض الحزمة الترددية مما يسمح باختيار العرض المناسب لمتطلبات الشبكة.-8 التخلي تمام اا عن النطاق CS واستبداله بالنطاق PS .-9 تحسين الأداء على حواف الخلية من خلال التعاون بين الـمحطات القاعدية.-11 تقليل التعقيد من خلال تبسيط الواجهات البينية Interfaces وتخفيض عددها.-3.1 بنية الشبكة LTEتتميز بنية الجيل الرابع بأنها تعتمد بشكل كلي على البروتوكول IP سواء في الشبكة القلب Core Networkأو شبكة الوصول Access Network يبين الشكل – 3 شكلاا مبسطاا لبينة LTE . لقد وصفت منظمة 3GPP شبكة الـ LTE بأنها نظام حزم بيانات مطور EPS يؤمن اتصال IP بينالجهاز النقال UE وشبكة حزم بيانات خارجية. تتألف الـ EPS من: نواة حزم البيانات المطورة EPC وشبكة الوصول الراديوي المطورة EUTRAN . تقوم نواة حزم البيانات EPC بتوزيع كل أنماط المعلومات سواء الصوتية أو البيانات باستخدام تقنياتالنطاق PS التي استخدمت سابقاا لنقل البيانات فقط. أما النطاق CS فقد تم التخلي عنه تماماا ويتم نقلالمكالمات الصوتية عبر تقنية VoIP التي تعتمد على النطاق PS . وتتألف النواة EPC من أربعة أقسام مختلفة وظيفياا وهي: MME و SGW و PGW و PCRF . تتألف شبكة الوصول EUTRAN من المحطات القاعدية eNodeBs وأجهزة المستخدمين UEs . توصف شبكة الوصول في LTE بأنها ذات بنية مستوية Flat architecture حيث لاترتبط المحطاتالقاعدية بمتحكم مركزي مثل RNC في الجيل الثالث و BTC في الجيل الثاني، وبدلاا من ذلك تمتلك كلمحطة قاعدية eNB متحكماا راديوياا RRM خاصاا بها وتتصل المحطات القاعدية فيما بينها عبر الوصلةX2 للتنسيق فيما بينها، وهذا يقلل التأخير ويزيد الفعالية ويخفض التكلفة ويقلل تعقيد المتحكم ويجنبالنظام من مشكلة الفشل بفشل المتحكم المركزي single point failure . كما تتصل المحطة القاعدية معالنواة EPC عبر الوصلة S1 [5] .
  • 18. 3الشكل – 3 – شكل مبسط يوضح البنية الهيكلية لشبكتي الجيلين الثالث والرابع-4.1 تصقنيات الوصول المتعدد في LTE-1.4.1 التضميم بالتقسيم الترددي المتعامد OFDMتعتمد أنظمة LTE للوصول المتعدد طريقة الحوامل المتعددة المتعامدة. حيث تستخدمتقنية OFDMA على الوصلة الهابطة نظراا لفعاليتها الطيفية العالية وتقنية SC-FDMAعلى الوصلة الصاعدة لانخفاض نسبة الإستطاعة العظمى إلى الإستطاعة الوسطىPAPR مقارنة بـ OFDMA .) )الشكل - 4تقوم الـ OFDM بتوزيع الإشارة عريضة الحزمة على عدة حوامل فرعية ضيقة الحزمة،تكون هذه الحوامل متقاربة بمسافة فصل أصغرية بحيث تبقى متعامدة فيما بينها في المجالالترددي )الشكل - 5(، فبدلا من إرسال المعطيات بدفقة واحدة يقوم مرسل OFDMبإرسال المعطيات على شكل دفقات جزئية ترسل كل منها على حامل فرعي مختلف، ممايؤدي إلى فعالية طيفية عالية مقارنة بـ FDMA وتداخل أقل مقارنة بـ CDMA . يمكنتخصيص مجموعات مختلفة من الحوامل للإرسال إلى عدة مستخدمين [4] .إذا تم الإرسال بـ OFDM مع المحافظة على معدل النقل نفسه عند الإرسال بحامل وحيدعريض الحزمة، عندئذ يكون معدل النقل بالنسبة لكل حامل فرعي أقل وهذا يؤدي إلىزيادة مدة الرمز مما يقلل معدل الخطأ ويقلل التداخل بين الرموز ISI الناتج عن تأخيرتعدد المسارات.الشكل - 4- تقنيات الوصول المتعددفي الجيل الرابع
  • 19. 4الشكل - 5- الحوامل المتعامدة في OFDMويمكن تلخيص مزايا OFDM بالنقاط التالية: تحد الـ OFDM من الطبيعة الانتقائية في التردد للقناة اللاسلكية عريضة الحزمة، حيث تحولها إلى عدةقنوات فرعية ضيقة الحزمة ذات استجابة مستوية Flat-fading sub-channel . يبسط ذلك عملية تسويةالقناة مما يخفض تعقيد المستقبل. يخضع كل حامل فرعي إلى تخميد مستقل عن بقية الحوامل مما يعطي تنوع في التردد freq. Diversity . فعالية طيفية عالية بفضل استخدام مسافة فصل أصغرية بين الحوامل مع الحفاظ على التعامد دون وجودمجالات الحماية بين الحوامل كما هو الحال في FDMA المستخدمة في GSM . تحل مشكلة تعدد المسارات التي تؤدي التداخل في الرمز ISI التي تعاني منها تقنية WCDMA ، وذلكبفضل استخدام البادئة الدوارة والإرسال بمدة رمز كبيرة نسبياا ) 66.7μs ( مقارنة بمدة الرمز ) 3.69μs ( فيGSM و ) 0.26μs ( في WCDMA . مرونة تخصيص الموارد وجدولتها.وتعاني OFDM من بعض السليبات وهي [6] : الحساسية لأخطاء التزامن في التردد مما يؤدي إلى التداخل بين الحوامل الفرعية. نسبة الاستطاعة العظمى إلى الاستطاعة الوسطى PAPR مرتفعة.يبين الشكل - 6 مخططاا مبسطاا لمرسل ومستقبل OFDM على الوصلة الهابطة )المحطة القاعدية في طرفالإرسال ا ولجهاز النقال في طرف الإستقبال(.
  • 20. 5ترسل المحطة القاعدية هنا ثلاث دفقات مختلفة من البتات إلى ثلاث مستخدمين، تطبق المحطة القاعدية التعديلالمناسب لكل دفقة بتات حيث يمكن لها أن تطبق نمط تعديل مختلف لكل مستخدم. بعد ذلك تمرر دفقة منالرموز المعدّلة إلى محوّل Serial-to-Parallel ليتم تجزئتها إلى دفقات جزئية Sub-stream يتعلق عددالدفقات الجزئية المخصصة للمستخدم بمعدل النقل: على سبيل المثال قد لا تتطلب تطبيقات الصوت سوىدفقات جزئية قليلة بينما تطبيقات الفيديو تتطلب عدد أكبر من الدفقات الجزئية. يقوم بعدها مخصص المواردالعنصرية RE Mapper بإسناد كل دفقة جزئية إلى حامل فرعي. يمكن للحوامل الفرعية المخصصة للمستخدمأن تكون كتلة متصلة )كما هو الحال لدى UE1 و UE3 على الشكل - 6 ( أو أن تكون موزعة على شكلكتل منفصلة )كما هو الحال لدى UE2 (. تكون المعلومات الناتجة عبارة عن مطال وصفحة كل حامل جزئيكتابع للتردد، يتم تطبيق تحويل فورييه السريع العكسي IFFT على الأشكال الموجية للحوامل الجزئية فنحصلعلى شكل موجي واحد في المجال الزمني الذي يمزج بالتردد الراديوي ويرسل في الهواء. يقوم المستقبل في الجهازالنقال بعكس الإجرائية السابقة حيث يبدأ بتقطيع الإشارة المستقبلة ثم الترشيح وتحويلها إلى التردد القاعدي،بعد ذلك يطبق تحويل فورييه السريع FFT على المعطيات للحصول على مطال وصفحة كل حامل جزئي،نفترض هنا أن المحطة القاعدية قد أخبرت المحطة النقالة مسبقاا بالحوامل الفرعية التي تحمل المعطيات المخصصةلها، واعتماداا على ذلك يقوم الـ UE باختيار الحوامل الفرعية التي تعنيه لمعالجتها ويتجاهل بقية الحوامل [2] .من أجل كل حامل فرعي مخصص للمستخدم يقوم المستقبل قبل فك التعديل بعمليتي تقدير القناة والتسوية،حيث يقوم مرسل OFDM بإرسال رموز مرجعية ضمن المعطيات المرسلة تحمل معلومات عن جودة القناة،يستخدم المستقبل الرموز المرجعية لإزالة أثر القناة على الإشارة من تغيرات في المطال وانزياحات في الصفحة.عادة ما تكون تغيرات المطال وانزياحات الصفحة تابعة للتردد والزمن، لذلك لكي يتمكن المستقبل من تقديرالقناة بشكل صحيح يقوم المرسل ببعثرة الرموز المرجعية عبر الزمن والتردد [2] .الشكل - 6 - المخطط الصندوقي لمرسل مستقبل OFDM على الوصلة الهابطة
  • 21. 6-2.4.1 تصقنية OFDMA للوصول المتعدد على الوصلة الهابطةرأينا في الشكل - 6 أن المحطة القاعدية تستطيع أن ترسل المعطيات إلى ثلاث مستخدمين في نفس اللحظةباستخدام التضميم بالتقسيم الترددي المتعامد OFDM . تقوم التقنية OFDMA المستخدمة في الوصلة الهابطةبتقسيم الزمن بين المستخدمين بالإضافة إلى التقسيم الترددي حيث تقوم الـمحطة القاعدية بالإرسال إلى عدةمستخدمين في لحظات زمنية مختلفة وترددات مختلفة بما يلبي حاجة كل خدمة. يبين الشكل - 7 مثالا ا علىتقسيم الموارد باستخدام OFDMA : فعلى سبيل المثال المستخدم UE1 يستقبل دفقة صوت VoIP وهذايتطلب معدل نقل منخفض نسبياا وبالتالي بحاجة إلى عدد قليل من الحوامل الجزئية ) 2-SC ( ولكنه يتطلباستم رارية في الإرسال لذلك يخصص له عدد كبير )نسبي اا( من الحصص الزمنية ) 24-TS ( . من جهة أخرى نجدأن المستخدم UE2 يقوم بتحميل ملف وكونه لا يستقبل معطيات بالزمن الحقيقي ترسل المعطيات إليه علىشكل رشقات بمعدل نقل مرتفع فيخصص له عدد أكبر من الحوامل الجزئية ) 12-SC ( وعدد أقل من الحصصالزمنية ) 8 TS ( )الأرقام هنا للتوضيح فقط(.يمكن للمحطة القاعدية أيضاا أن تخصص الحوامل الجزئية والحصص الزمنية بالاعتماد على قوة الإشارة التييستقبلها المستخدم على كل حامل الجزئي خلال حصة زمنية معينة. فمثلاا المستخدم UE3 في الشكل - 7يستقبل دفقة VoIP ولكنه يعاني من الخفوت على بعض الحوامل الجزئية خلال فترات معينة، تستجيب المحطةالقاعدية لمثل هذه الحالة بتخصيص الحوامل جزئية التي تكون فيها الإشارة المستقبلة أقوى مقارنة ببقية الحواملويتم تغيير هذه الحوامل عبر الزمن بما يوافق تغيرات الخفوت مع التردد والزمن. وبنفس الأسلوب يتم إرسالالمعطيات إلى المستخدم UE4 باستخدام كتلتين من الحوامل الجزئية يفصل بينهما كتلة من الحوامل الجزئية التيتعاني فيها الإشارة المستقبلة من الخفوت [2] .الشكل - 7 - تقسيم الموارد الزمنية والترددية في OFDMA
  • 22. 7-3.4.1 تصقنية SC-FDMA للوصول المتعدد على الوصلة الااعدةيعتبر ارتفاع النسبة PAPR أحد الصفات السلبية في OFDMA . والنسبة PAPR بالتعريف هي نسبةالاستطاعة العظمى لعينة من رمز OFDM إلى الاستطاعة الوسطى لهذا الرمز. وتنتج الذروة من جمع الإشاراتالمرسلة على الحوامل الفرعية المختلفة لإعطاء شكل موجي واحد في المجال الزمني ، ينتج عن جمع هذهالاستطاعات استطاعة مرتفعة في المجال الزمني أعلى بكثير من استطاعة الإشارة التي تحمل المعطيات. يتطلبالإرسال والإستقبال عند استخدام OFDMA مع النسبة المرتفعة لـ PAPR محول D/A عالي الدقة لدىالمرسل ومحول A/D عالي الدقة لدى المستقبل، وإلا فإن إشارة المعطيات ستعاني من مشكلات التشوهDistortion . لذلك يعتبر الإرسال بنسبة PAPR منخفضة أمراا مرغوبا ا [6] .أحد الحلول البسيطة لتخفيض النسبة PAPR هو استخدام استطاعة إرسال عالية أي رفع الاستطاعة الوسطىللرمز بحيث يمكن تمييزها من قبل المحول D/A والمحول A/D . يتم استخدام هذا الحل على الوصلة الهابطة فيLTE لتوفر استطاعة إرسال عالية لدى المحطة القاعدية ولذلك لا وج ود لمشكلة ارت&