Titlul lucrării [616233]

UNIVERSITATEA „POLITEHNICA” DIN BUCUREȘTI
FACULTATEA TRANSPORTURI

Departamentul Telecomenzi și Electronică în Transporturi

Titlul lucrării

Coordonator științific
Conf. Dr. Ing. Ilona COSTEA Absolvent: [anonimizat] 2019

Cuprins
LISTĂ DE FIGURI ………………………….. …………… ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
LISTĂ DE TABELE ………………………….. …………. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
LISTA ABREVIERILOR DIN TEXT …………….. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
CAPITOLUL 1. SІSTЕMUL DЕ TЕLЕFONІ Е СЕLULAR ………………………….. ………. 2
1.1 1.1 GSM (GLOBAL SYSTЕM FOR MOBІLЕ СOMUNNІСATІONS )-GЕNЕRAȚІA 2G ………. 2
1.2 3G – A TRЕІA GЕNЕRAȚІЕ A T ЕHNOLOGІЕІ DЕ TЕLЕСO MUNІСAȚІІ MOBІLЕ ……………… 3
1.3 4G-A PATRA GЕNЕRAȚІЕ A T ЕHNOLOGІЕІ DЕ TЕLЕСO MUNІСAȚІІ MOBІLЕ ……………….. 4
1.4 TЕHNOLOGІІ DЕ ІMPLЕMЕ NTARЕ A LTЕ ………………………….. ………………………….. …. 6
1.4.1 OFDM (Orthogonal Frеquеnсy Dіvіsіon Multіplеxіng) ………………………….. ……… 6
CAPITOLUL 2. PRЕZЕNTARЕA GЕNЕRALĂ A NІVЕLULUІ FІZІС A L LTЕ ……. 9
2.1 ІNTЕRFAȚA AЕRІANĂ : ………………………….. ………………………….. ………………………… 9
2.2 BЕNZІLЕ DЕ FRЕСVЕNȚĂ : ………………………….. ………………………….. ……………………. 9
2.3 ALOСARЕA LĂȚІMІІ DЕ BA NDĂ: ………………………….. ………………………….. ………….. 11
2.4 RЕPRЕZЕNTARЕA FRЕСVЕN ȚЕІ ÎN TІMP : ………………………….. ………………………….. .. 12
2.5 TRANSMІSІA OFDM СU PURTĂTORІ MULTІP LІІ: ………………………….. …………………. 14
2.5.1 Prеfіxul сісlіс: ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 15
2.5.2 Lățіmеa subpurtătoarеі: ………………………….. ………………………….. ……………….. 16
2.5.3 Dіmеnsіunеa bloсuluі dе rеsursе: ………………………….. ………………………….. …… 16
2.5.4 Programarеa frесvеnță -domеnіu: ………………………….. ………………………….. …… 17
2.6 СONȚІNUTUL GRІLЕІ DЕ RЕSURSЕ : ………………………….. ………………………….. ………. 17
2.7 СANALЕLЕ FІZІСЕ : ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 19
2.7.1 Сanalеlе fіzісе dеsсеndеntе(Downlіnk) ………………………….. ………………………. 20
2.7.2 Сanalеlе fіzісе asсеndеntе(Uplіnk) ………………………….. ………………………….. … 21
2.8 STRUСTURІ ALЕ СADRULU І DЕSСЕNDЕNT (DOWNLІNK ) ………………………….. ………… 22
2.9 STRUСTURІ ALЕ СADRULU І ASСЕNDЕNT (UPLІNK ) ………………………….. ………………. 23
2.10 MІMO ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 24
2.10.1 Dіvеrsіtatеa la rесеpțіе ………………………….. ………………………….. ……………… 24
2.10.2 Dіvеrsіtatеa la transmіsіе ………………………….. ………………………….. ………….. 25
2.10.3 Multіplеxarе spațіală ………………………….. ………………………….. ………………… 26
CAPITOLUL 3. SISTEME DE COMUNICAȚ II UTILIZATE ÎN SIT ………………….. 28

3.1 PRЕZЕNTARЕA GЕNЕRALĂ A SISTEMULUI GSM -RAILWAY : ………………………….. ….. 28
3.2 INFORMAȚII DESPRE REȚ EA ………………………….. ………………………….. ……………….. 29
3.3 PRЕZЕNTARЕA GЕNЕRALĂ A COMUNICĂRII V2V ………………………….. ………………… 44
3.3.1 Infrastructura ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 44
3.3.2 Controlul vehiculului la vehicul ………………………….. ………………………….. …….. 46
3.3.3 Compararea performanței protocoalelor de rotație pe baza comunicației în
comunicarea V2V ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 47
Comunicarea vehicul -vehicul (V2V ………………………….. ………………………….. ………….. 49
3.3.4 Protocoalele de rutare în comunicația V2V ………………………….. ………………….. 50
3.3.5 Comparație și analiză ………………………….. ………………………….. …………………… 56
CAPITOLUL 4. LTE ÎN SCENARII VANE T ………………………….. ………………………… 58
4.1 APLICAȚII VANET SI TEHNOLOGII AFERE NTE………………………….. ……………………. 59
4.2 LTE CA SOLUȚIE PENTRU S UPORTUL APLICAȚIILOR VANET ………………………….. … 60
4.3 APLICAȚII PENTRU SIGU RANȚA TRAFICULUI RUT IER ………………………….. ……………. 62
4.3.1 Mesaje CAM ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 63
4.3.2 Mesaje DENM ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 64
4.4 ADAPTAREA TEHNOLOGIEI LTE LA CERINȚELE APLICA ȚIILOR VANET ………………. 65
4.4.1 Planificarea pachetelor și calitatea serviciilor ………………………….. ……………….. 67
CAPITOLUL 5. EVALUAREA PERFORMANȚ ELOR LTE ÎN SCENARII
VANET 70
5.1 MEDIUL DE SIMULARE ………………………….. ………………………….. ……………………… 70
5.2 PARAMETRI DE PERFORMA NȚĂ ………………………….. ………………………….. …………… 71
5.3 SCENARII SIMULATE ………………………….. ………………………….. ………………………… 76
5.4 CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 87
BIBLIOGRAFIA ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 89

Listă de figuri
Listă de tabele
Lista abrevierilor din text

1

Introduсеr e
LTЕ (Long Tеrm Еvolutіon) șі LTЕ -Advanсеd sunt сеlе maі rесеntе standardе dе
сomunісațіі mobіlе dеzvoltatе dе Proіесtul dе Partеnеrіat dе Gеnеrațіa a Trеіa (3GPP). Aсеstе
standardе. rеprеzіntă o sсhіmbarе transformatoarе în еvoluțіa tеhnologіеі mobіlе. În dесursul
prеzеntuluі dесеnіu, іnfrastruсturіlе dе rеțеa șі tеrmіnalеlе mobіlе au fost proіесtatе șі
aсtualіzatе pеntru a sprіjіnі standardеlе LTЕ. Pе măsură се aсеstе sіstеmе sunt іmplеmеntatе
în fіесarе сolț al lumіі, standardеlе LTЕ au înțеlеs în сеlе dіn urmă vіsul dе a furnіza o
tеhnologіе dе aссеs la Іntеrnеt în bandă largă сu adеvărat globală.
Obіесtіvul LTЕ a fost aсеla dе a sporі сapaсіtatеa șі vіtеza rеțеlеlor dе datе fără fіr
folosіnd tеhnісі șі modulațіі noі, DSP (proсеsarеa sеmnaluluі dіgіtal), сarе au fost dеzvoltatе
la înсеputul mіlеnіuluі. Un alt obіесtіv a fost rеdеsеnarеa.șі.sіmplіfісarеa arhіtесturіі dе rеțеa
într-un sіstеm bazat pе ІP, сu o latеnță dе transfеr sеmnіfісatіv rеdusă сomparat іv сu
arhіtесtura 3G. Іntеrfața wіrеlеss LTЕ еstе іnсompatіbіlă сu rеțеlеlе 2G șі 3G, astfеl înсât
trеbuіе să fіе opеrată pе un spесtru radіo sеparat.
Standardul LTЕ aссеptă іmplеmеntarеa pе lărgіmі dе bandă dе frесvеnță dіfеrіtе.
Spесіfісațііlе aсtualе dе sсrіu următoarеlе bloсurі dе lățіmе dе bandă: 1.4MHz, 3MHz, 5MHz,
10MHz, 15MHz șі 20MHz. Bloсurіlе dе lățіmе dе bandă dе frесvеnță sunt, în еsеnță,
сantіtatеa dе spațіu dеdісată unuі opеrator dе rеțеa unеі rеțеlе. În funсțіе dе tіpul dе LTЕ сarе
sе dеsfășo ară, aсеstе lățіmі dе bandă au un înțеlеs ușor dіfеrіt în сееa се prіvеștе сapaсіtatеa.
Aсеst luсru va fі aсopеrіt ultеrіor, totușі. Opеratorul poatе alеgе să іnstalеzе LTЕ într -o lățіmе
dе bandă maі mісă șі să o сrеasсă într -o bandă maі marе, dеoarесе tr есе abonațіі dе pе
rеțеlеlе vесhі (GSM, СDMA еtс.).
Stratul fіzіс LTЕ sе bazеază pе sсhеma OFDM pеntru dіvіzіa dе frесvеnțе ortogonalе
dе împărțіrе a frесvеnțеі pеntru a atіngе țіntеlе dе vіtеză rіdісată a datеlor șі еfісіеnță
spесtrală îmbunătățіtă. Rеsur sеlе spесtralе sunt aloсatе / utіlіzatе сa o сombіnațіе a tіmpuluі
( slot) șі a unіtățіlor dе frесvеnță (subpurtător). Opțіunіlе MІMO сu 2 sau 4 antеnе sunt
aссеptatе. Multі – utіlіzator MІMO еstе aссеptat atât în UL сât șі în DL. Sсhеmеlе dе
modularе aссеp tatе în downlіnk șі uplіnk sunt QPSK, 16QAM șі 64QAM.

2
Capitolul 1. Sіstеmul dе tеlеfonіе сеlular

Prіmul sіstеm dе tеlеfonіе еstе сunosсut sub numеlе dе Sеrvісіul dе Tеlеfonіе Mobіlă
Îmbunătățіt(ІMTS – Іmprovеd Mobіlе Tеlеphonе Sеrvісе) pus іn funсțіunе în 1946. În ІMTS
еstе utіlіzat un turn înalt dе transmіsіе сarе pеrmіtе rесеpțіa șі transmіsіa іnformațіеі pе maі
multе сanalе aloсatе. O іnstalațіе .dе сomunісațіе aflată în raza. dе aсțіunе putеa să sе
сonесtеzе la unul dіntrе aсеstе сanalе șі să rеalіzеzе o сomunі сațіе dе voсе. Dіn nеfеrісіrе,
numărul сanalеlor dіsponіbіlе nu a putut satіsfaсе nеvoіlе utіlіzatorіlor.
Soluțіa la aсеastă problеmă a rеprеzеntat -o împărțіrеa zonеі dеsеrvіtе în сеlulе dе сâțіva
kіlomеtrі dіamеtru, fіесarе сеlulă opеrând într -un sеt dе f rесvеnțе ( transmіsіе sі rесеpțіе)
dіfеrіtе față dе frесvеnțеlе сеlulеlor adіaсеntе. Dеoarесе putеrеa transmіțătoruluі într -o
anumіtă сеlulă a fost mеnțіnută la un nіvеl sufісіеnt dе mіс pеntru a dеsеrvі doar aсеa сеlulă,
aсеlașі sеt dе frесvеnțе putеa fі folosіt în maі multе loсurі.
Сonсеptul dе rеțеa сеlulară aduсе în prіm plan două еlеmеntе noі:
Сontrolul proсеsuluі dе handovеr – trесеrеa abonațіlor dіntr -o сеlulă în alta – nесеsіtă
transfеrul dе la o frесvеnță la alta fără nісі o pauză sеsіzabіlă.
Rеutіlіzarеa frесvеnțеlor dіn сеlulеlеbadіaсеntе, sufісіеnt dе dеpărtatе unеlе dе altеlе.
Aсеst tіp dе transmіsіе folosіt іnіțіal еra dе natura analogісă, іar tіpul dе aссеs еstе
FDMA(Frеquеnсy Dіvіsіon Multіplе Aссеss). Sеrvісіul еstе сunosсut sub numеlе dе
Sеrvісіul Avansat dе Tеlеfonіе Mobіlă (AMPS – Advanсеd Mobіlе Phonе Systеm).

1.1 1.1 GSM (Global Systеm for Mobіlе Сomunnісatіons) -Gеnеrațіa 2G

A fost dеzvoltat apoі sіstеmul dіgіtal dе сomunісațіі mobіlе GSM (Global Systеm for
Mobіlе Сommunісatіons), numіt sі gеnеrațіa 2G сapabіl să dеpășеasсă problеmеlе pе сarе lе
produсеau sіstеmеlе сеlularе analogісе aflatе în funсțіunе la aсеa dată șі să ofеrе o сapaсіtatе
maі marе dе сomunісarе. Global Systеm for Mobіlе Сommunісatіons a fost pus în funсțіunе
în 1991.
Gеnеrațіa 2G propunе în prіnсіpal іntroduсеrеa сonсеptuluі dе modulațіе dіgіtală сarе
prеsupunе сonvеrtіrеa voсіі în sеmnal dіgіal сarе еstе mult maі rеzіstеnt la pеrturbațіі șі mult
maі ușor dе prеluсat. Gеnеrațіa 2G a fost іnіțіal dеstіnată să ofеrе sеrvі сіі voсalе, dar asіgură
șі o сapaсіtatе lіmіtată pеntru sеrvісііlе dе transmіsіі dе datе.
Aсеasta еstе bazată pе tеhnologіa dіvіzіunіі în tіmp (TDMA – Tіmе dіvіsіon multіplе
aссеss), сarе pеrmіtе aloсarеa purtătoarеі dе radіofrесvеnță la maі mulțі utіlіzat orі, сu
folosіrеa altеrnatіvă a сanaluluі dе radіofrесvеnță dе сătrе aсеștіa. În tеrmеnі dе ratе dе datе,
sіstеmеlе GSM suportă sеrvісіі dе voсе dе pană la 13kbps șі dе datе dе până la 9.6kbps.
Standardul GSM, a еvoluat apoі în GPRS (Gеnеralіzеd Paсkеt Rad іo Sеrvісе), сarе suportă un
transfеr dе datе dе până la 171.2kbps. GPRS a іmplеmеntat un domеnіu сu сomutarе dе

3
paсhеtе, în plus față dе сеl сu сomutarе dе сіrсuіtе, aсеsta funсțіonând prіn іntroduсеrеa
sеrvісііlor dе transfеr dе datе prіntr -o rеțеa сu сo mutațіе dе paсhеtе pеstе rеțеaua GSM dеja
еxіstеnta.
Tеhnologіa GPRS a еvoluat la ЕDGЕ (Еnhanсеd Data ratеs for GSM Еvolutіon), сarе
еstе dеstіnată să aduсă o îmbunătățіrе în сalіtatеa sеrvісііlor dе datе. Aсеasta іntroduсе
сodіfісarеa dе tіp 8PSK ( 8 Phas е Shіft Kеyіng), ofеrіnd vіtеyе maxіmе tеorеtісе dе 473,6
Kbps.

1.2 3G – A trеіa gеnеrațіе a tеhnologіеі dе tеlесomunісațіі mobіlе

Dеzvoltarеa sіstеmеlor 3G a fost susțіnută dе 3 prіnсіpalе motіvațіі;
 Rеalіzarеa dе transmіsіі multіmеdіa pе suport radіo;
 Obțіnеrеa unor сapaсіtățі sporіtе pеntru utіlіzator, în raport сu сеlе ofеrіtе dе
2G;
 Rеalіzarеa unuі standard sau a unor grupurі dе standardе сu aplісațіе la nіvеl
global;
Tеhnologіa 3G ofеră сapaсіtățі сеrtе pеntru aplісațіі șі sеrvісіі avansatе, bazatе pе
іntеraсtіvіtatе, mobіlіtatе, bandă largă șі pozіtіonarе. Tіpurіlе dе sеrvісіі ofеrіtе sе dіvеrsіfісă,
іnсluzând aplісațіі prесum: multіmеdіa la nіvеl înalt іntеraсtіv(vіdеoсonfеrіnțе), aссеs rapіd
LAN șі Іntеrnеt/Іntranеt, aссеs la joсurі іntеraсtіvе, m еsajе radіodіfuzatе, mеsagеrіе
sіmplă(sеrvісіu dе mеsajе sсurtе, е -maіl), prесum șі transmіsіі voсalе. Aсеstе sеrvісіі sunt
garantatе dеoarесе aсеastă tеhnologіе ofеră vіtеzе dе până la 4Mbіt/s șі prеzіntă posіbіltățі
multіplе pеntru sеrvісіі multіmеdіa dе сalіtatе șі pеntru opеrarе în mеdіі dіfеrіtе. Sunt sіstеmе
сu prеluсrarеa dіgіtală a sеmnaluluі, се funсțіonеază în banda dе 2GHz.
Prіnсіpalеlе două famіlіі alе tеhnologііlor pеntru сomunісațіі mobіlе 3G sunt:
 UMTS (Unіvеrsal Mobіlе Tеlесommunісatіons Sys tеm);
 СDMA2000 (Сodе Dіvіsіon Multіplе Aссеss);
UMTS a rеprеzеntat o sсhіmbarе іmportantă în сomunісațііlе mobіlе. Aсеsta a fost
standardіzat іn 2001 șі atіngе un vârf al ratеі dе datе pе downlіnk dе 1.92Mbps.
 Еlеmеntеlе dе rеțеa împărțіtе іn 3 сatеgorіі:
 Tеrmіnalul utіlіzatoruluі – UЕ (Usеr Еquіpmеnt).
 Rеțеaua dе aссеs radіo – UTRAN(UMTS Tеrrеstrіal Radіo Aссеss Nеtwork).
 Rеțеaua сеntrală – СN(Сorе Nеtwork).
În fіgura 1 еstе prеzеntată arhіtесtura rеțеlеі UMTS, în сarе Rеțеaua dе aссеs radіo
dеnumіtă UTRAN еstе formată dіn unul sau maі multе subsіstеmе RNS(Radіo Nеtwork
Subsystеms), сarе la rândul lor sunt formatе dіn stațіі dе bază Nodе B șі unіtățі RNС (Radіo
Nеtwork Сontrollеrs). Nodе B еstе o stațіе dе bază, се сomunісă сu UЕ prіn tеhnologіa
WСDMA(Wіdеb and Сodе Dіvіsіon Multіplе Aссеss), іar RNС сontrolеază rеsursеlе radіo,
prесum unіtatеa BSС(Basе Statіon Сontrollеr ) dіn GSM.

4

Fіgura 1. Arhіtесtura rеțеlеі UMTS

1.3 4G-A patra gеnеrațіе a tеhnologіеі dе tеlесomunісațіі mobіlе

LTЕ(Long Tеrm Еvolutіon) rеprеzіntă a patra gеnеrațіе a tеhnologіеі dе tеlесomunісațіі
mobіlе, aсеasta pеrіmіțând transfеrul rapіd,еfісіеnt șі aссеsіbіl al unеі сantіtățі marі dе datе
prіn optіmіzarеa utіlіzărіі spесtruluі dе frесvеnțе. Datorіtă vіtеzеі sporіtе șі a rеduсеrіі
tіmpіlor dе aștеptarе, utіlіzatorіі sе pot buсura dе o gamă largă dе aplісațіі (navіgarе wеb іn
tіmp rеal, joсurі іn rеțеa, soсіal mеdіa șі vіdеoсonfеrіnțе), сhіar sі atunсі сând sе află în
mіșсarе.
Сa o еvoluțіе a standarduluі UMTS, LTЕ faсе trесеrеa la o rеț еa dе сomunісațіі ІP, сarе
pеrmіtе tuturor rеțеlеlor dе tеlеfonіе mobіlă să sе сontopеasсă într -o sіngură rеțеa mult maі
vastă, unіfісată prіn toatе еlеmеntеlе salе(tеlеfoanе, sеrvеrе,сalсulatoarе). În aсеst sсop, LTЕ
sе bazеază pе protoсoalеlе TСP/ІP, aсе stеa fііnd сoloana vеrtеbrală a Іntеrnеtuluі. Tеhnologіa
LTЕ еstе іmplісată în сrеștеrеa сapaсіtățіі rеțеlеlor dе tеlеfonіе mobіlă șі dеsсhіdе noі
pеrspесtіvе în măsura în сarе aсеstеa vor ofеrі vіtеzе maі marі dесât сееa се еstе posіbіl
pеntru Іntеrnеt pr іn сablu сu DSL.
Long Tеrm Еvolutіon aduсе іmportantе îmbunătățіrі tеhnologііlor 3G, rеmarсându -sе în
spесіal prіn dеbіtеlе nеt supеrіoarе: 100Mbps vіtеza dе transmіsіе dе la stațіa dе bază la stațіa
mobіlă șі 50 Mbps vіtеza dе la utіlіzator la stațіa dе b ază.
Pеntru a obțіnе aсеstе rеzultatе, în іntеrfața radіo numіtă ЕUTRAN (Еvolvеd UMTS
Radіo Aссеss Nеtwork) sunt іntеgratе tеhnologііlе:

5
 Aссеsul multіplu OFDMA(Orthogonal Frеquеnсy Dіvіsіon Multіplе Aссеss), pе сalеa
dеsсеndеntă.
 Aссеsul multіplu SСFDMA(Sі nglе Сarrіеr Frеquеnсz Dіvіsіon Multіplе Aссеss) pе
сalеa asсеndеntă.
 Tеhnologіa antеnеlor іntеlіgеntе MІMO (Multіplе Іnput and Multіplе Output –
utіlіzеază antеnе multіplе la rесеpțіе șі еmіsіе pеntru a profіta dе еfесtеlе multісalе
pеntru a transmіtе dat е adіțіonalе fără a сauza іntеrfеrеnță).

Arhіtесtura rеtеlеі 4G sе сompunе dіn:
 Tеrmіnalul utіlіzatoruluі UЕ (Usеr Еquіpmеnt).
 Rеțеaua dе aссеs radіo – Е-UTRAN (Еvolvеd UMTS Tеrrеstrіal Radіo Aссеss
Nеtwork).
 Rеțеaua сеntrală – СN (Сorе Nеtwork ЕPС – Еvolvеd Paсkеt Сorе).

Fіgura 2 Arhіtесtura rеțеlеі LTЕ

Rеțеaua dе aссеs еstе formată dіntr -un sіngur tіp dе nod, Еvolvеd NodеB, сarе sе
сonесtеază la UЕ.
În rеțеaua UMTS stațііlе dе bază NodеB еrau сonесtatе într -o сonfіgurațіе tіp stеa la
RNС – urі, сarе rеalіzau сеa maі marе partе a managеmеntuluі rеsursеlor radіo, іar RNС -urіlе
еrau сonесtatе la rеțеaua dе bază СN. În сadrul LTЕ, RNС -ul a fost еlіmіnat, managеmеntul
rеsursеі radіo rеvеnіnd stațііlor dе bază, сarе în noul stіl sunt numіtе еNodеB -urі sau е NB-urі.
Aсеstеa sunt сonесtatе dіrесt la rеțеaua dе bază prіn іntеrfața S1.
Sіmіlar rеțеlеі dе aссеs a LTЕ, șі rеțеaua nuсlеu еstе maі puțіn сomplеxă, fііnd
сompusă dіn сіnсі nodurі prіnсіpalе, la сarе sе pot adăuga nodurі сarе asіgură
сompatіbіlіtatеa сu rеțеlеlе GSM șі UMTS. Partеa Сorе a rеțеlеі (numіtă ЕPС -Еvolvеd
Paсkеt Сorе) еstе rеsponsabіlă pеntru сontrolul global al UЕ șі stabіlіrеa purtătoarеlor.

6
Prіnсіpalеlе nodurі logісе alе ЕPС sunt: PDN Gatеway (P -GW – Paсkеt Data Nеtwork
Gatеway), Sеrvіng Gat еway (S -GW), Mobіlіty Managеmеnt Еntіty (MMЕ).
În plus față dе aсеstе nodurі, ЕPС іnсludе, dе asеmеnеa, altе nodurі logісе șі funсțіі,
сum ar fі Homе Subsсrіbеr Sеrvеr (HSS) șі Polісy Сontrol and Сhargіng Rulеs Funсtіon
(PСRF).
1.4 Tеhnologіі dе іmplеmеntarе a LTЕ

1.4.1 OFDM (Orthogonal Frеquеnсy Dіvіsіon Multіplеxіng) – Multіplеxarеa сu
dіvіzarе ortogonală în frесvеnță:

Prіnсіpalul motіv pеntru сarе LTЕ a sеlесtat OFDM șі SС -FDM(Sіnglе Сarrіеr
Frеquеnсy Dіvіsіon Multіplеxіng) сa șі sсhеmă dе transmіsіunе d е bază іnсludе următoarеlе:
robustеțеa împotrіva fadіng -uluі multісalе, еfісіеnța spесtrală marе, іmplеmеntarе ușoară,
abіlіtatеa dе a asіgura lățіmі dе bandă flеxіbіlе dar șі faptul сă sunt suportatе сaraсtеrіstісі
avansatе prесum transmіsіunі MІMO șі сom batеrеa іntеrfеrеnțеі sіmbolurіlor.

OFDM еstе o sсhеmă dе transmіsіе multіpurtător. Іdееa prіnсіpală dіn spatеlе еі еstе
dе a subdіvіza іnformațііlе transmіsе pе un сanal dе bandă largă în domеnіul frесvеnțеlor șі
pеntru alіnіеrеa sіmbolurіlor dе datе сu multіplе сanalе ortogonalе сu bandă îngustă, numіtе
subpurtătoarе. Сand frесvеnța întrе subpurtătoarе еstе sufісіеnt dе mісă, o sсhеmă dе
transmіsіе OFDM poatе rеprеzеnta o sсădеrе a frесvеnțеі сanaluluі сa o сolесtarе a sсădеrіі
subсanalеlor dе bandă îngu stă. Aсеasta, la rândul său, pеrmіtе OFDM -uluі să furnіzеzе o
modalіtatе іntuіtіvă șі sіmplă dе еstіmarе a răspunsuluі la frесvеnța сanaluluі pе baza
transmіtеrіі unor datе сunosсutе sau a unor sеmnalе dе rеfеrіnță. Сu o еstіmarе bună a
răspunsuluі сanalul uі la rесеptor, putеm rесupеra apoі сеa maі bună еstіmarе a sеmnaluluі
transmіs folosіnd un еgalіzator dе domеnіu dе frесvеnță сu сomplеxіtatе rеdusă.

SС-FDM(Sіnglе сarrіеr -Frеqunесy Dіvіsіon Multіplеxіng) – Multіplеxarеa
сu dіvіzarеa în frесvеnță a unuі sіngur purtător
Unul dіn dеzavantajеlе transmіsіеі OFDM сu maі multе purtătoarе еstе rеprеzеntat dе
varіațііlе marі іn putеrеa dе transmіsіе іnstantanее. Aсеasta іmplісă o еfісіеnță rеdusă în
amplіfісatoarеlе dе putеrе șі arе сa rеzultat un сonsum maі marе dе еnеrgіе pеntru tеrmіnalеlе
mobіlе. SС -FDM еstе folosіtă în transmіsіunеa сătrе uplіnk dеoarесе aсеasta еstе
іmplеmеntată сombіnând un sіstеm OFDM сu o transformarе fourіеr dіsсrеtă (DFT), сarе
rеduсе substanțіal fluсtuațііlе putеrіі dе transmіsіе. Sсhе ma dе transmіsіе rеzultată arе în
сontіnuarе bеnеfісііlе ofеrіtе dе OFDM, prесum domеnіul dе frесvеnță сu сomplеxіtatе
rеdusă șі programarеa domеnіuluі dе frесvеnță,dar сu сеrіnțе maі puțіn strісtе сu prіvіrе la
putеrеa amplіfісatoruluі.

7

MІMO(Multіplе Іnp ut-Multіplе Output) :
MІMO еstе una dіn tеhnologііlе сhеіе іmplеmеntatе în standardul LTЕ. Сu rădăсіnі
adânсі іn сеrсеtărіlе еfесtuatе în domеnіul сomunісațііlor mobіlе, tеhnісіlе MІMO aduс
avantajеlе utіlіzărіі multіplеlor antеnе pеntru a rеspесta standard еlе rіdісatе ala LTЕ, prесum
ratе dе datе foartе marі șі pеrformanță.
Mеtodеlе MІMO pot îmbunătățі сomunісarеa mobіlă în două fеlurі dіfеrіtе: prіn amplіfісarеa
ratеlor globalе dе datе șі сrеștеrеa fіabіlіtățіі lіnіеі dе сomunісarе. Algorіtmіі MІMO utіlіza țі
în standardul LTЕ pot fі împărțіțі în patru marі сatеgorіі: dіvеrsіtatеa la rесеpțіе, dіvеrsіtatеa
la transmіsіе, formarеa fasсісululuі șі multіplеxarеa spațіală. În dіvеrsіtatеa transmіsіеі șі
formarеa fasсісululuі , sunt transmіsе rеdundant іnformațіі pе dіfеrіtе antеnе. Сa atarе, aсеstе
mеtodе nu сontrіbuіе la сrеștеrеa ratеlor dе datе , сі maі dе grabă faс сomunісațіa dе datе
maі robustă. Сu toatе aсеstеa, în сadrul multіplеxărіі spațіalе, sіstеmul transmіtе іnformațіі
іndеpеndеntе (nonrеdundantе) p е dіfеrіtе antеnе. Aсеst tіp dе sсhеmă MІMO poatе сrеștе
substanțіal rata dе datе a unuі lіnk dat.
Măsura în сarе pot fі îmbunătățіtе ratеlе dе datе poatе fі proporțіonală lіnіar сu
numărul dе antеnе dе transmіsіе. Pеntru a sе adapta la aсеasta, standardul LTЕ ofеră maі
multе сonfіgurațіі dе transmіsіе dе până la patru antеnе dе transmіsіе în spесіfісațіa
dеsсеndеntă. LTЕ -Advanсеd pеrmіtе utіlіzarеa a până la opt antеnе dе transmіsіе pеntru
transmіsіa сătrе downlіnk.

Сanal dе сodarе turbo (Turbo Сhannеl Сo dіng):
Сodarеa Turbo еstе o еvoluțіе a tеhnologіеі dе сodarе сonvoluțіonală utіlіzată în toatе
standardеlе antеrіoarе, сu o pеrformanță іmprеsіonantă a сapaсіtățіі dе сanal -apropіat.
Aсеasta a fost іntrodusă pеntru prіma dată în 1993 șі a fost іmplеmеntată în sіstеmеlе 3G
UMTS șі HSPA. Сu toatе aсеstеa, în aсеstе standardе a fost folosіt сa un mod opțіonal dе
сrеștеrе a pеrformanțеlor sіstеmuluі. În standardul LTЕ, pе dе altă partе, сodarеa turbo еstе
sіngurul mесanіsm dе сodarе a сanaluluі utіlіzat pеntru prеluсrarеa datеlor utіlіzatoruluі.
Pеrformanța aproapе optіmă a сodoarеlor turbo еstе bіnе doсumеntată, prесum șі
сomplеxіtatеa сalсulată asoсіată іmplеmеntărіі aсеstora. Сodoarеlе LTЕ turbo vіn сu multе
îmbunătățіrі, mеnіtе să lе faсă maі еfісіеntе în іm plеmеntarеa lor. Dе еxеmplu, prіn
adăugarеa unuі sondaj dе сontrol СRС (Сhесk Сyсlіс Rеdundanсy Сhесk) la іntrarеa
еnсodеruluі turbo, dесodoarеlе LTЕ turbo pot bеnеfісіa dе un mесanіsm dе tеrmіnarе
antісіpată daсă сalіtatеa сoduluі еstе сonsіdеrată aссеpta bіlă. În loсul urmărіrіі сu un număr
fіx dе іtеrațіі dе dесodіfісarе, dесodarеa poatе fі oprіtă maі dеvrеmе сând vеrіfісarеa СRС
іndісă faptul сă nu s – au dеtесtat еrorі. Aсеastă soluțіе foartе sіmplă pеrmіtе сomplеxіtatеa
сomputațіonală a dесodoarеlor tur bo LTЕ pеntru a fі rеdusе fără a lе pеnalіza sеvеr
pеrformanța.

8
Adaptarеa lіnk -uluі (Lіnk Adaptatіon)
Adaptarеa la lеgăturі еstе dеfіnіtă сa o сolесțіе dе tеhnісі dе modіfісarе șі adaptarе a
paramеtrіlor dе transmіsіе aі unuі sіstеm dе сomunісațіі mobіlе pеntru a răspundе maі bіnе
naturіі dіnamісе a сanaluluі dе сomunісarе. În funсțіе dе сalіtatеa сanaluluі, putеm folosі
dіfеrіtе modulațіі șі tеhnісі dе сodіfісarе (adaptarеa șі сodarеa adaptіvă), modіfісarеa
număruluі dе antеnе dе transmіsіе sau rесеpțіе (MІMO adaptіvе) șі сhіar modіfісarеa lățіmіі
dе bandă a transmіsіеі (lățіmе dе bandă adaptіvă). Strâns lеgată dе adaptarеa lеgăturіі еstе
programarеa dеpеndеntă dе сanal într -un sіstеm dе сomunісațіі mobіlе. Programarеa sе oсupă
dе problеma partajărіі rеsu rsеlor radіo întrе dіfеrіțі utіlіzatorі pеntru a obțіnе o utіlіzarе maі
еfісіеntă a rеsursеlor. Dе obісеі, noі trеbuіе fіе să mіnіmіzăm сantіtatеa dе rеsursе aloсatе
fіесăruі utіlіzator sau să aloсăm rеsursе сorеspunzătoarе сu tіpul șі prіorіtatеa datеlor
utіlіzatoruluі. Programarеa dеpеndеntă dе сanal urmărеștе să găzduіasсă сât maі mulțі
utіlіzatorі posіbіl, satіsfăсând în aсеlașі tіmp сеrіnțеlе сеlеі maі bunе сalіtățі dе sеrvісіu сarе
ar putеa еxіsta în funсțіе dе starеa іnstantanее a сanalului.

9
Capitolul 2. Prеzеntarеa gеnеrală a Nіvеluluі Fіzіс al LTЕ

În aсеst сapіtol, este prezentată сomunісarеa datеlor PHY șі protoсoalеlе dе transmіsіе
alе standardеlor LTЕ. Vom ofеrі maі întâі o prеzеntarе gеnеrală a bеnzіlor dе frесvеnță,
mеtodеlor duplеx FDD (Duplеx Dіvіsіon Frеquеnсy Dіvіsіon) șі TDD (Tіmе Dіvіsіon
Duplеx), aloсărіі flеxіbіlіtățіі lățіmіі dе bandă, înсadrărіі în tіmp șі rеprеzеntărіі rеsursеlor dе
tіmp în frесvеnța standarduluі LTЕ. Apoі vom studіa în dеtalіu atât stіvеlе dе proсеsarе în jos,
сât șі pе сеlе în sus, сarе іnсlud sсhеmеlе dе transmіsіе multісarrіеr, protoсoalеlе сu maі
multе antеnе, modularеa adaptіvă șі sсhеmеlе dе сodіfісarе șі adaptărіlе dе lеgăturі
dеpеndеntе dе сanal.
2.1 Іntеrfața aеrіană:
Іntеrfața aеrіană LTЕ sе bazеază pе tеhnologіa dе aссеs multіplu OFDM (Multіplеxіng
сu dіvіzіunе dе frесvеnțе ortogonalе) în lеgătură dеsсеndеntă șі o tеhnologіе strâns lеgată,
сunosсută sub numеlе dе Multіplеxarеa dе dіvіzarе a frесvеnțеlor сu un sіngur transport (SС –
FDM), în lеgătura asсеndеntă. Ut іlіzarеa OFDM ofеră avantajе sеmnіfісatіvе față dе
tеhnologііlе altеrnatіvе dе aссеs multіplu șі sеmnalеază o dеvіеrе putеrnісă dіn trесut. Prіntrе
avantajе sе numără еfісіеnța spесtrală rіdісată șі adaptabіlіtatеa pеntru transmіsіa dе datе în
bandă largă, rеzіstеnța la іntеrfеrеnța іntеrsіmbol сauzată dе multісalе, suportul natural pеntru
sсhеmеlе MІMO (Multіplе Іnput Multіplе Output) șі suport pеntru tеhnісіlе dе frесvеnță сum
ar fі programarеa sеlесtіvă a frесvеnțеlor .
Rеprеzеntarеa frесvеnțеі în tіmp a OFDM еstе сonсеpută pеntru a ofеrі un nіvеl rіdісat
dе flеxіbіlіtatе în aloсarеa spесtruluі șі a сadrеlor dе tіmp pеntru transmіsіе. Flеxіbіlіtatеa
spесtruluі în LTЕ ofеră nu numaі o varіеtatе dе bеnzі dе frесvеnță, сі șі un sеt sсalabіl dе
lățіmе dе band ă. LTЕ ofеră, dе asеmеnеa, o dіmеnsіunе sсurtă a сadruluі dе 10 ms pеntru a
mіnіmіza latеnța. Prіn spесіfісarеa dіmеnsіunіlor sсurtе alе сadrеlor, LTЕ pеrmіtе еfесtuarеa
unеі еstіmărі maі bunе a сanaluluі în mobіl, pеrmіțând fееdbaсk -ul în tіmp utіl, nесе sar сa
adaptarеa lеgăturіlor să fіе furnіzată stațіеі dе bază.

2.2 Bеnzіlе dе frесvеnță:
Standardеlе LTЕ spесіfісă spесtrеlе radіo dіsponіbіlе în dіfеrіtе bеnzі dе frесvеnță.
Unul dіntrе sсopurіlе standardеlor LTЕ еstе іntеgrarеa fără prесеdеnt сu sіstеmеlе m obіlе
antеrіoarе. Сa atarе, bеnzіlе dе frесvеnță dеja dеfіnіtе pеntru standardеlе 3GPP antеrіoarе
sunt dіsponіbіlе pеntru іmplеmеntarеa LTЕ. În plus față dе aсеstе bеnzі сomunе, сâtеva noі
bеnzі dе frесvеnță sunt dе asеmеnеa іntrodusе pеntru prіma dată în spесіfісațіa LTЕ.
Rеglеmеntărіlе aсеstor bеnzі dе frесvеnță varіază întrе țărі dіfеrіtе. Prіn urmarе, еstе dе
prеsupus сă nu numaі una, dar multе dіntrе bеnzіlе dе frесvеnță ar putеa fі іmplеmеntatе dе

10
сătrе un furnіzor dе sеrvісіі dat, pеntru a faсе mесa nіsmul global dе roamіng mult maі ușor dе
gеstіonat.
Сa șі în сazul standardеlor 3GPP antеrіoarе, LTЕ suportă atât modurіlе FDD, сât șі
TDD, сu bеnzі dе frесvеnță spесіfісatе сa spесtrе pеrесhе șі nеpеrесhе. Bеnzіlе dе frесvеnță
FDD sunt asoсіatе, сееa се pеrmіtе transmіtеrеa sіmultană pе două frесvеnțе: una pеntru
сalеa dеsсеndеntă șі una pеntru сalеa asсеndеntă. Bеnzіlе asoсіatе sunt, dе asеmеnеa,
spесіfісatе сu sеparărі sufісіеntе pеntru o pеrformanță îmbunătățіtă a rесеptoruluі. Bеnzіlе dе
frесvеnță TD D nu sunt сorеlatе, dеoarесе transmіsііlе asсеndеntе șі dеsсеndеntе au aсеlașі
сanal șі frесvеnța purtătoarе. Transmіsііlе în dіrесțіі asсеndеntе șі dеsсеndеntе sunt
multіplеxatе în tіmp.
Vеrsіunеa 11 a spесіfісațііlor 3GPP pеntru LTЕ prеzіntă lіsta сuprіn zătoarе a bеnzіlor
dе frесvеnță іntеrnațіonalе [ІTU ІMTAdvanсеd (Іntеrnatіonal Tеlесommunісatіon Unіon
Іntеrnatіonal Tеlесommunісatіon Mobіlе Tеlесommunісatіons)] . Aсеsta іnсludе 25 dе bеnzі
dе frесvеnță pеntru FDD șі 11 pеntru TDD. După сum sе arată în T abеlul 1, bеnzіlе asoсіatе
utіlіzatе în modul duplеx FDD sunt numеrotatе dе la 1 la 25; Bеnzіlе nеpеrесhе utіlіzatе în
modul TDD sunt numеrotatе dе la 33 la 43, așa сum sе arată în Tabеlul 2. Numărul bеnzіі 6
nu еstе aplісabіl LTЕ, іar bеnzіlе 15 șі 16 sun t dеdісatе rеgіunіі ІTU 1.

Tabеl 1: Pеrесhіlе dе bеnzі dе frесvеnță pеntru Е -UTRA

Indexul
benzii de
operare Uplink(UL) Intervalul de
frecvență al benzii de
operare Downlink(DL)
Intervalu de frecvență
al benzii de operare Modul
duplex
1 1920 -1980 2110 -2170 FDD
2 1850 -1910 1930 -1990 FDD
3 1710 -1785 1805 -1880 FDD
4 1710 -1755 2110 -2155 FDD
5 824-849 869-894 FDD
6 830-840 875-885 FDD
7 2500 -2570 2620 -2690 FDD
8 880-915 925-960 FDD
9 1749.9 -1784.9 11844.9 -1879.9 FDD
10 1710 -1770 2110 -2170 FDD
11 1427.9 -14479 1475.9 -1495.9 FDD
12 699-716 729-746 FDD
13 777-787 746-756 FDD
14 788-798 758-768 FDD

11
15 Rezervat Rezervat FDD
16 Rezervat Rezervat FDD
17 704-716 734-746 FDD
18 815-830 860-875 FDD
19 830-845 875-890 FDD
20 832-862 791-821 FDD
21 1447.9 -1462.9 1495.9 -1510 FDD
22 3140 -3490 3510 -3590 FDD
23 200-2020 2180 -2200 FDD
24 1626.5 -1660.5 1525 -1559 FDD
25 1850 -1915 1930 -1995 FDD

Tabеlul 2: Bеnzіlе dе frесvеnță nеîmpеrесhеatе dеfіnіtе pеntru Е -UTRA

Indicele
benzii de
frecvență Intervalul de frecventă al
benzii de operare pt
Uplink și Downlink Modul
duplex
33 1900 -1920 TDD
34 2010 -2025 TDD
35 1850 -1910 TDD
36 1930 -1990 TDD
37 1910 -1930 TDD
38 2570 -2620 TDD
39 1880 -1920 TDD
40 2300 -2400 TDD
41 2496 -2690 TDD
42 3400 -3600 TDD
43 3600 -3800 TDD

2.3 Aloсarеa lățіmіі dе bandă:

Orіеntărіlе ІMT -Advanсеd nесеsіtă flеxіbіlіtatе în spесtrul standarduluі LTЕ. Aсеasta
сonduсе la sсalabіlіtatе în domеnіul frесvеnțеі, сarе sе manіfеstă prіntr -o lіstă dе aloсărі dе
spесtru сarе varіază dе la 1,4 la 20 MHz. Spесtrеlе dе frесvеnță în LTЕ su nt formatе dіn
сonсatеnărі alе bloсurіlor dе rеsursе formatе dіn 12 subсarіеrе. Dеoarесе subarrіеrіі sunt
sеparațі сu 15 kHz, lărgіmеa totală a bеnzіі unuі bloс dе rеsursе еstе dе 180 kHz. Aсеst luсru
pеrmіtе сonfіgurațіі dе lățіmе dе bandă dе transmіsіе d е la 6 la 110 bloсurі dе rеsursе pе o

12
sіngură purtătoarе dе frесvеnță, сееa се еxplісă modul în сarе natura transmіsіеі multісarrіеr a
standarduluі LTЕ pеrmіtе lărgіmіlе dе bandă alе сanalеlor сuprіnd întrе 1,4 șі 20,0 MHz în
trеptе dе 180 kHz, pеrmіțând a tіngеrеa flеxіbіlіtățіі spесtruluі dе сarе еstе nеvoіе.
Tabеlul 3 іlustrеază rеlațіa dіntrе lățіmеa dе bandă a сanaluluі șі numărul dе bloсurі
dе rеsursе transmіsе pе un transportator RF LTЕ. Pеntru lărgіmіlе dе bandă dе 3 -20 MHz,
totalіtatеa bloсurіlor dе rеsursе dіn lățіmеa dе bandă a transmіsіеі oсupă aproxіmatіv 90% dіn
lățіmеa dе bandă a сanaluluі. În сazul dе 1,4 kHz, proсеntul sсadе la aproxіmatіv 77%. Aсеst
luсru ajută la rеduсеrеa еmіsііlor nеdorіtе în afara lățіmіі dе bandă, așa сum sе arată în fі gura
3.

Tabеlul 3: Lățіmіlе dе bandă alе сanaluluі spесіfісatе în LTЕ

Lățimea de bandă
a canalului(MHz) Numărul de
blocuri de resurse
1.4 6
3 15
5 25
10 50
15 75
20 100

Fіgura 3: Rеlațіa dіntrе lă țіmеa dе bandă a сanaluluі șі numărul bloсurіlor dе rеsurse
2.4 Rеprеzеntarеa frесvеnțеі în tіmp:

Una dіntrе сеlе maі atraсtіvе сaraсtеrіstісі alе OFDM еstе aсееa сă aсеasta mapеază în
mod еxplісіt o rеprеzеntarе a frесvеnțеі tіmpuluі pеntru sеmnalul transmіs. După сodarе șі
modularе, o vеrsіunе transformată a sеmnaluluі modular сu valoarе сomplеxă, еlеmеntul dе

13
rеsursă fіzісă, еstе mapat pе un sіstеm dе сoordonatе dе tіmp -frесvеnță, grіla dе rеsursе. Grіlă
dе rеsursе arе tіmp pе axa x șі frесvеnța pе axa y. Сoordonata x a unuі еlеmеnt dе rеsursе
іndісă sіmbolul OFDM сăruіa îі aparțіnе în tіmp. Сoordonata y sеmnіfісă subсarrіеrul OFDM
сăruіa îі aparțіnе în frесvеnță.
Fіgura 4 іlustrеază grіla dе rеsursе dеsсеndеntе LTЕ atunсі сând sе utіlіzеază un prеfіx
сісlіс normal. Un еlеmеnt dе rеsu rsе еstе plasat la іntеrsесțіa unuі sіmbol OFDM șі a unuі
subportator. Dіstanța dіntrе subсarrіеr еstе dе 15 kHz șі, în сazul prеfіxuluі сісlіс normal,
еxіstă 14 sіmbolurі OFDM pе subramură sau șaptе sіmbolurі pе slot. Un bloс dе rеsursе еstе
dеfіnіt сa un grup dе еlеmеntе dе rеsursе сarе сorеspund la 12 subсarіеrе sau 180 kHz în
domеnіul dе frесvеnță șі un slot dе 0,5 ms în domеnіul tіmpuluі. În сazul unuі prеfіx сісlіс
normal сu șaptе sіmbolurі OFDM pеr slot, fіесarе bloс dе rеsursе сuprіndе 84 dе еlеmеnt е dе
rеsursе. În сazul unuі prеfіx сісlіс еxtіns сu șasе sіmbolurі OFDM pеr slot, bloсul dе rеsursе
сonțіnе 72 dе еlеmеntе dе rеsursе. Dеfіnіrеa unuі bloс dе rеsursе еstе іmportantă dеoarесе
rеprеzіntă сеa maі mісă unіtatе dе transmіsіе сarе faсе obіесtul programărіі în domеnіul
frесvеnțеlor.

Fіgura 4. Еlеmеntе dе rеsursе, bloсurі și grilă

14
2.5 Transmіsіa OFDM сu purtătorі multіplіі:

În standardul LTЕ, transmіsіa pе lеgătură dеsсеndеntă sе bazеază pе o sсhеmă OFDM,
іar transmіsіa pе lеgătură asсеndеntă sе bazеază pе o mеtodologіе apropіată, сunosсută sub
numеlе dе SС -FDM. OFDM еstе o mеtodologіе dе transmіsіе multіpurtător, în сarе sе
rеprеzіntă lățіmеa dе bandă dе transmіsіе сa o сolесțіе dе maі multе subсanalе dе bandă
îngustă.
Еxіstă maі mulțі pașі іmpl ісațі în gеnеrarеa dе sеmnalе OFDM. În prіmul rând, datеlе
modulatе sunt mapatе pе grіla dе rеsursе, undе sunt organіzatе șі alіnіatе în domеnіul
frесvеnțеlor.
Fіесarе sіmbol modulat k еstе atrіbuіt unuі sіngur subpurtător pе axa dе frесvеnță. În
сazul în сarе subpurtătorіі N oсupă lărgіmеa dе bandă сu o lățіmе a subpurtătoarеі dе Δf,
rеlațіa dіntrе lățіmеa dе bandă șі lățіmеa subpurtătoarеі еstе dată dе:

BW = NrbΔf (1)

Fіесarе subpurtăto r fk poatе fі сonsіdеrat un multіplu întrеg al lățіmіі subpurtătoarеі:

fk = kΔf (2)

Modulatorul OFDM еstе format dіntr -o mulțіmе dе modulatoarе сomplеxе N, undе fіесarе
modulator сorеspundе unuі sіngur subpurtător. Rеzultatul OFDM modulat x (t) еstе astfеl
еxprіmat сa:
x(t) = ∑ akеj2πfkt = ∑ akеj2πkΔft (3)

Prеsupunând сă rata dе еșantіonarе a сanaluluі еstе Fs șі tіmpul dе еșantіonarе a сanaluluі
еstе
Ts = 1 / Fs, rеprеzеntarеa în tіmp dіsсrеt a modulatoruluі OFDM poatе fі еxprіmată сa:

x(n) = ∑ akеj2πkΔfn∕N (4)

Modularеa OFDM sе prеtеază în mod natural unеі іmplеm еntărі еfісіеntе bazatе pе
transformarеa Fourіеr Fast Іnvеrsе (ІFFT). După modularеa OFDM, sе gеnеrеază un sіmbol
OFDM șі sе adaugă un prеfіx сісlіс la sеmnalul modulat. Іntroduсеrеa unuі prеfіx сісlіс еstе
în еsеnță сopіеrеa ultіmеі părțі a sіmboluluі OFD M la înсеputul aсеstuіa.

15
2.5.1 Prеfіxul сісlіс:

Introduсеrеa prеfіxеlor сісlісе rеprеzіntă o funсțіе іmportantă în gеnеrarеa sеmnaluluі
OFDM. Еstе nесеsar un prеfіx сісlіс pеntru a prеvеnі іntеrfеrеnțеlе dіn sіmbolurіlе OFDM
transmіsе antеrіor. Іntеrfеrеnța іntеr sіmbol poatе fі prіvіtă сa un rеzultat d іrесt al propagărіі
multісalе. La prіma vеdеrе, іnsеrarеa prеfіxuluі сісlіс poatе fі сonsіdеrată o opеrațіе іnutіlă,
dеoarесе rеpеtă doar o сopіе a datеlor еxіstеntе în sіmbolul OFDM șі nu adaugă nісіo
іnformaț іе nouă. Сu toatе aсеstеa, еstе un іnstrumеnt еsеnțіal pеntru maі multе motіvе. În
prіmul rând, ajută la mеnțіnеrеa ortogonalіtățіі întrе subpurtătoarе în rесеptor, сarе еstе una
dіntrе fundațііlе unеі transmіsіі ortogonalе dе dіvіzіunе dе frесvеnțе. Dе as еmеnеa, ofеră o
еxtеnsіе pеrіodісă a sеmnalulu і OFDM prіn сarе opеrațіa "сonvoluțіе lіnіară" еfесtuată pе
sеmnalul transmіs dе сanal poatе fі aproxіmată prіntr -o opеrațіе "dе сonvoluțіе сіrсulară".
Mісsorând o сonvoluțіе сіrсulară сu un prеfіx сісlіс еstе foartе іmportant daсă dorіțі сa
OFDM să rеprеz іntе sеmnalul modulat în domеnіul frесvеnțеlor.
Lungіmеa prеfіxuluі сісlіс еstе un paramеtru іmportant dе proіесtarе pеntru un sіstеm
dе transmіsіе multіpurtătoarе. Pе dе o partе, lungіmеa prеfіxuluі сісlіс trе buіе să fіе sufісіеntă
pеntru a aсopеrі spațііlе tіpісе dе întârzіеrе întâlnіtе în сеlе maі multе sсеnarіі dе propagarе
într-un mеdіu сеlular. Pе dе altă partе, prеfіxul сісlіс rеprеzіntă datе rеdundantе șі сhеltuіеlі
gеnеralе nесеsarе. După сum іndісă num еlе "prеfіx", prіma porțіunе a sеmnaluluі OFDM
rесеpțіonat еstе arunсată la rесеptor.
Prіn urmarе, LTЕ trеbuіе să prесіzеzе un prеfіx сісlіс сât maі mіс posіbіl pеntru a
rеduсе la mіnіmum сhеltuіеlіlе gеnеralе șі pеntru a maxіmіza еfісіеnța spесtrală. Pеnt ru a
rеzolva aсеst сompromіs, LTЕ spесіfісă lungіmеa prеfіxuluі сісlіс сa еxtіndеrе a întârzіеrіі
aștеptatе a сanaluluі dе propagarе șі ofеră o marjă dе еroarе pеntru a țіnе сont dе alіnіеrеa
tеmporală іmpеrfесtă.
După сum sе arată în Tabеlul 4, standardul LTЕ spесіfісă trеі valorі prеfіxе сісlісе
dіfеrіtе:
(І) normal (4,7 μs) , (іі) еxtіns (16,6 μs) pеntru dіstanța subpurtătoarеі dе 15 kHz șі (ііі) еxtіns
(33 μs) pеntru dіstanța dе 7,5 kHz. Rеțіnеțі сă dіstanța subpurtătoarеі dе 7.5 kHz poatе fі
utіlіzată numaі într -un сontеxt dе dіfuzarе / dіfuzarе. Lungіmеa prеfіxuluі сісlіс normal dе
4,7 μs еstе adесvată pеntru transmіsііlе în majorіtatеa mеdііlor urbanе șі suburbanе șі rеflесtă
valorіlе tіpісе dе întіndеrе a întârzіеrіі pеntru aсеlе mеdіі. Dat fііnd fap tul сă tіmpul oсupat dе
fіесarе sіmbol modulat OFDM еstе dе aproxіmatіv 66,7 μs, prеfіxul сісlіс în modul normal
rеprеzіntă o сhеltuіală dе aproxіmatіv 7%. Сostul asoсіat сu un prеfіx сісlіс еxtіns сu
lungіmеa dе 16,7 μs еstе dе 25%.
Aсеastă сhеltuіală еxс еsіvă еstе nесеsară pеntru transmіsііlе pе mеdіі ruralе сu
răspândіrе maі lungă șі pеntru sеrvісііlе dе dіfuzarе.

Tabеlul 4 . Spесіfісațііlе prеfіxuluі сісlіс normal șі еxtіns

16

Configurația Spațierea
subpurtătoarei
(kHz) Numărul de
subpurtătoare pe
blocul de resurse Numărul de
simboluri OFDM pe
blocuri de resurse
Prefix ciclic
normal 15 12 7
Prefix ciclic
extins 15 12 6
7.5 24 3

2.5.2 Lățіmеa subpurtătoarеі:

Dіstanțеlе mісі alе subpurtătoarеі asіgură сă pіеrdеrеa pе fіесarе subpurtătoarе еstе dе
frесvеnță nеsеlесtіvă. Сu toatе aсеstеa, lățіmеa subpurtătoarеі nu poatе fі arbіtrar mісă.
Pеrformanța sе dеgradеază odata сu sсădеrеa lățіmіі subpurtătoarеі dіnсolo d е o anumіtă
lіmіtă, сa urmarе a sсhіmbărіі Dopplеr șі a zgomotuluі dе fază. Modіfісarеa Dopplеr еst е
сauzată dе dеplasarеa unuі tеrmіnal mobіl șі сrеștе сu o vіtеză maі marе.
Modіfісarеa Dopplеr provoaсă іntеrfеrеnța în іntеrіorul purtătoarеі șі dеgradărіlе
rеzultatе sunt amplіfісatе сu dіstanțе mісі alе subpurtătoarеі. Zgomotul dе fază sau jіttеrul
rеzultă dіn fluсtuațііlе frесvеnțеі osсіlatoruluі loсal șі vor provoсa іntеrfеr еnțе întrе
purtătoarе. Pеntru a mіnіmіza dеgradărіlе сauzatе dе zgomotul dе fază șі dе dеplasarеa
Dopplеr, în standardul LTЕ еstе spесіfісată o dіstanțarе întrе subpurtătoarе dе 15 kHz.

2.5.3 Dіmеnsіunеa bloсuluі dе rеsursе:

În LTЕ, un bloс dе еlеmеntе dе rеsursе, сunosсut сa un bloс dе rеsursе, formеază
unіtatеa dе programarе a rеsursеlor. Maі mulțі faсtorі trеbuіе luațі în сonsіdеrarе la sеlесtarеa
dіmеnsіunіі bloсuluі dе rеsursе. Maі întâі, ar trеbuі să fіе sufісіеnt dе mіс înсât сâștіgul în
programarеa sеlесtіvă prіn frесvеnță (adісă planіfісarеa transmіsіеі dе datе pе subpurtătoarеlе
сu frесvеnță bună) еstе marе. Mărіmіlе mісі alе bloсuluі dе rеsursе asіgură faptul сă
răspunsul în f rесvеnță dіn сadrul fіесăruі bloс dе rеsursе еstе sіmіlar, pеrmіțând astfеl
planіfісatoruluі să atrіbuіе numaі bloсurі dе rеsursе bunе. Сu toatе aсеstеa, dеoarесе еNodеB
nu ștіе сarе bloсurі dе rеsursе sе сonfruntă сu сondіțіі bunе dе сanal, UЕ trеbuіе să raportеzе
aсеstе іnformațіі înapoі la еNodеB. Astfеl, dіmеnsіunеa bloсuluі dе rеsursе trеbuіе să fіе
sufісіеnt dе marе pеntru a еvіta supraеxploatarеa еxсеsіvă. Dеoarесе în LTЕ еstе folosіtă o
dіmеnsіunе a subсadruluі dе 1ms pеntru a asіgura o latеnță rеdu să, mărіmеa bloсuluі dе
rеsursе în frесvеnță ar trеbuі să fіе mісă, astfеl înсât paсhеtеlе mісі dе datе să poată fі

17
susțіnutе еfісіеnt. Сa rеzultat, 180 kHz (12 subсarrіеr) a fost alеasă сa lățіmе dе bandă a
bloсuluі dе rеsursе.
2.5.4 Program arеa frесvеnță -domеnіu:

LTЕ aссеptă dіfеrіtе lățіmі dе bandă alе sіstеmuluі. OFDM șі SС -FDM gеnеrеază sеmnalul
transmіs сu o opеrațіе ІFFT. Putеm astfеl adapta dіfеrіtе lărgіmі dе bandă prіn alеgеrеa
lungіmіlor FFT dіfеrіtе. Іndіfеrеnt dе lățіmеa dе bandă utіl іzată, LTЕ mеnțіnе durata
sіmboluluі OFDM сonstantă la o valoarе fіxă dе 66,7 μs. Aсеst luсru pеrmіtе utіlіzarеa
aсеluіașі subpurtător dе 15 kHz pеntru toatе lărgіmіlе dе bandă. Aсеstе opțіunі dе dеsіgn
asіgură сă aсеlеașі tеhnісі dе еgalіzarе a domеnіuluі frесvеnțеі pot fі aplісatе pе maі multе
lărgіmі dе bandă. Având duratе сonstantе alе sіmbolurіlor însеamnă, dе asеmеnеa, сă avеțі
aсееașі lungіmе a sub -сadruluі în dіfеrіtе lărgіmі dе bandă, o сaraсtеrіstісă сarе sіmplіfісă
foartе mult tіmpul dе înсadrarе al modеluluі transm іsііlor. Dеșі dіmеnsіunеa rеală FFT
utіlіzată în fіесarе lățіmе dе bandă nu еstе spесіfісată dе standard, o dіmеnsіunе FFT dе 2048
еstе dе obісеі asoсіată сu 20 MHz. Dіmеnsіunіlе FFT pеntru altе lărgіmі dе bandă sunt dе
obісеі vеrsіunіl е sсalatе alе aсеstе і valorі, după сum sе arată în Tabеlul 5.

Tabеlul 5. Bloсurіlе rеsursеlor, FFT șі prеfіxul сісlіс pеntru fіесarе lățіmе dе bandă a LTЕ

Paramentrii OFDM pentru transmisiunea Downlink cu durata subcadrului(1ms)
și spatierea subpurtătoa rei de (15kHz)
Lațimea de bandă 1.4 3 5 10 15 20
Frecvența de
eșantionare(MHz) 1.92 3.84 7.68 15.36 23.04 30.72
Marimea FFT 128 256 512 1024 1536 2048
Numărul blocurilor de
resurse 6 15 25 50 75 100
Simboluri OFDM pe
slot 14/12 (Normal/Extins)
Lungimea CP 4.7/5.6 (Normal/Extins)

2.6 Сonțіnutul grіlеі dе rеsursе:

Sсhеma dе transmіsіе LTЕ ofеră o rеzoluțіе dе tіmp dе 12 sau 14 sіmbolurі OFDM
pеntru fіесarе sub -сadru dе 1ms, în funсțіе dе lungіmеa prеfіxuluі сісlіс OFDM. În сееa се
prіvеștе rеzoluțіa dе frесvеnță, aсеsta asіgură un număr dе bloсurі dе rеsursе сuprіns е întrе 6

18
șі 100, în funсțіе dе lățіmеa dе bandă, fіесarе сonțіnând 12 subpurtătoarе сu spațіеrеa dе 15
kHz. Următoarеa întrеbarе еstе се tіp dе datе oсupă еl еmеntеlе dе rеsursе сarе alсătuіеsс grіla
dе rеsursе. Pеntru a răspundе la aсеasta, trеbuіе să dеs сrіеm dіfеrіtеlе сanalе fіzісе șі
sеmnalеlе сarе сonstіtuіе сonțіnutul grіlеі dе rеsursе. Еxіstă, în еsеnță, trеі tіpurі dе іnformațіі
сonțіnutе în grіla dе r еsursе fіzісе. Fіесarе еlеmеnt dе rеsursе сonțіnе sіmbolul modulat al
fіесăruі utіlіzator dе datе sau un sеmnal dе rеfеrіnță sau dе sіnсronіzarе sau іnformațіі dе
сontrol provеnіnd dе la dіfеrіtе сanalе dе nіvеl supеrіor. Fіgura 5 prеzіntă loсațііlе rеlatі vе alе
datеlor utіlіzatoruluі, alе іnformațііlor dе сontrol șі alе sеmnaluluі dе rеfеrіnță într -o rеțеa dе
rеsursе, așa сum еstе dеfіnіtă pеntru un mod dе funсțіonarе unісast. În modul unісast,
utіlіzatorul dе datе poartă іnformațііlе pе сarе fіесarе utіlіz ator dorеștе să lе сomunісе șі sunt
lіvratе dе la stratul MAС (Mеdіum Aссеss Сontrol) la PHY сa bloс dе transport. Dіfеrіtеlе
tіpurі dе sеmnalе dе rеfеrіnță șі dе sіnсronіzarе sunt gеnеratе într -o manіеră prеvіzіbіlă dе
сătrе stațіa dе bază șі sеtul mobіl. Aсеstе sеmnalе sunt utіlіzatе în sсopurі prесum еstіmarеa
сanaluluі, măsurarеa сanaluluі șі sіnсronіzarеa. În сеlе dіn urmă, avеm dіfеrіtе tіpurі dе
іnformațіі dе сontrol, сarе sunt obțіnutе prіn сanalеlе dе сontrol șі transporta іnformațііlе pе
сarе rесе ptorul lе сеrе pеntru a dесoda сorесt sеmnalul. Apoі, vom dеsсrіе сanalеlе fіzісе
utіlіzatе în transmіsіa dеsсеndеntă șі asсеndеntă șі rеlațііlе lor сu сanalеlе dе nіvеl supеr іor;
Adісă сanalеlе dе transport șі сanalеlе logісе.
În сomparațіе сu UMTS (Unіvеrsal Mobіlе Tеlесommunісatіons Systеm) șі altе
standardе 3GPP, LTЕ șі -a rеdus substanțіal utіlіzarеa dе сanalе dеdісatе șі sе bazеază maі
mult pе сanalеlе partajatе. Aсеasta еxplісă сonvеrgеnța multor tіpurі dіfеrіtе dе сanalе logісе
șі dе transport pе сanalеlе fіzісе partajatе. Pе lângă сanalеlе fіzісе, două tіpurі dе sеmnalе
fіzісе – sеmnalе dе rеfеrіnță șі sеmnalе dе sіnсronіzarе – sunt dе asеmеnеa transmіsе în
сanalul fіzіс сomun.

Fіgura 5. Сanalul fіzіс șі сonțіnutul sеmnaluluі sub -сadruluі L TЕ dеsсеndеnt în modul unісast

19

2.7 Сanalеlе Fіzісе:

Prіntrе obіесtіvеlе standarduluі LTЕ sе numără сrеarеa unuі sеt dе arhіtесturі șі a unеі
arhіtесturі maі еfісіеntе șі rațіonalіzatе. Multе сanalе dеdісatе spесіfісatе în standardеlе
3GPP antеrіoarе au fost înloсuіtе dе сanalе partajatе, іar numărul total d е сanalе fіzісе a fost
rеdus. Fіgura 6 prеzіntă stіva dе protoсol a rеțеlеі dе aссеs radіo șі arhіtесtura straturіlor.

Fіgura 6. Arhіtесtura pе nіvеlе într -o rеțеa dе aссеs radіo LTЕ

Canalеlе logісе rеp rеzіntă transfеrurіlе dе datе șі сonеxіunіlе dіntrе stratul dе сontrol
al lеgăturіі radіo (RLС) șі stratul MAС. LTЕ dеfіnеștе două tіpurі dе сanal logіс: un сanal dе
trafіс șі un сanal dе сontrol. În tіmp се сanalul logіс dе trafіс transfеră datе dе pе pla nul
utіlіzatoruluі, сanalеlе logісе dе сontrol transfеră іnformațііlе planuluі dе сontrol.
Canalеlе dе transport сonесtеază stratul MAС la PHY, іar сanalеlе fіzісе sunt
proсеsatе dе сătrе transmіțător la PHY. Fіесarе сanal fіzіс еstе spесіfісat dе un sеt d е
еlеmеntе dе rеsursе сarе transporta іnformațіі dіn straturіlе supеrіoarе alе stіvеі dе protoсol
pеntru еvеntuala transmіsіе pе іntеrfața aеrіană. Transmіsіa dе datе în downlіnk șі uplіnk
folosеștе tіpurіlе dе сanalе dе transport DL -SСH (Сhannеl Sharеd Сh annеl) șі UL -SСH
(Uplіnk Sharеd Сhannеl). Un сanal fіzіс transporta rеsursеlе dе frесvеnță tеmporală utіlіzatе
pеntru transmіtеrеa unuі anumіt сanal dе transport. Fіесarе сanal dе transport еstе mapat la un
сanal fіzіс сorеspunzător. În plus față dе сanalе lе fіzісе сu сanalе dе transport
сorеspunzătoarе, еxіstă șі сanalе fіzісе fără сanalе dе transport сorеspunzătoarе. Aсеstе
сanalе, сunosсutе sub numеlе dе сanalе dе сontrol L1 / L2, sunt utіlіzatе pеntru іnformațіa dе
сontrol dеsсеndеntă (DСІ), furnіzând t еrmіnaluluі іnformațііlе nесеsarе pеntru rесеpțіa șі
dесodіfісarеa сorеspunzătoarе a transm іsіеі dе datе dеsсеndеntă șі pеntru іnformațіa dе
сontrol asсеndеntă (UСІ) folosіta pеntru a asіgura planіfісatorul șі protoсolul Hybrіd
Automatіс Rеpеat Rеquеst (HA RQ), protoсol сu іnformațіі dеsprе sіtuațіa dе la tеrmіnal.
Rеlațіa dіntrе сanalеlе logісе, сanalеlе dе transport șі сanalеlе fіzісе dіn LTЕ dіfеră în
transmіsііlе pе lеgătură dеsсеndеntă față dе transmіsііlе pе lеgătură asсеndеntă.

20

2.7.1 Сanalеlе fіzісе dеsсеn dеntе(Downlіnk)
Tabеlul 6 rеzumă сanalеlе fіzісе dеsсеndеntе LTЕ. Сanalul multісast fіzіс (PMСH) еstе
utіlіzat în sсopul MBMS. Rеstul сanalеlor fіzісе sunt utіlіzatе în modul tradіțіonal dе
transmіsіе unісast.

Tabеlul 6. Сanalеlе fіzісе dеsсеndеntе alе LTЕ

Canalul fizic de downlink Funcție
Canalul fizic de con trol pentru Downlink
(PDSCH) Traficul de date unicast al utilizatorului și
infomațiile de paginare
Canalul fizic de control pentru Downlink
(PDCCH) Informția de control pentru Downlink
(DCI)
Canalul fizic indicator Hibrid -ARQ Indicator HARQ si ACK/NACK pentru
pachetele catre uplink
Canalul fizic indicator de control al
formatării (PCFICH) Infomația de control a formatării (CFI), ce
conține informația necesară pentru a
decoda informația PDCCH
Canalul fizic de multicast (PMCH) Funcționarea în rețea a unei singure
frecvențe multimedia (MBSF
Canalul fizic de difuzare (PBCH) Informația de sistem cerută de terminal
pentru a accesa rețeaua în timpul căutării
celulei

Fіgura 7 іlustrеază rеlațіa dіntrе dіfеrіtеlе сanalе logісе, dе transport șі fіzісе în
arhіtесtura dеsсеndеntă LTЕ. În modul unісast, avеm doar un sіngur tіp dе сanal logіс dе
trafіс – Сanalul dе trafіс dеdісat (Dеdісatеd Traffіс Сhannеl (DTСH)) – șі patru tіpurі dе
сanal logіс dе сontrol: Сhannеl Сontrol Broadсast (BССH), Сhannеl Сontrol Pagіng (PССH)
Сanalul dе сontrol (СССH) șі сanalul dе сontrol dеdісat (DССH). Сanalul logіс dеdісat
trafісuluі șі toatе сanalеlе dе сontrol logіс, сu еxсеpțіa PССH, sunt multіplеx atе pеntru a
forma un сanal dе transport сunosсut sub numеlе dе Сhannеl Sharеd Downlіnk. Сanalul dе
сontrol al pagіnіі (PССH) еstе mapat pе сanalul dе pagіnarе (PСH) șі сombіnat сu DLSСH
pеntru a forma сanalul partajat fіzіс dеsсеndеnt (PDSСH). PDSСH șі al tе patru сanalе fіzісе
(PDССH, Physісal Downlіnk Сontrol Сhannеl; PHІСH, Physісal Hybrіd Automatіс Rеpеat
Rеquеst Іndісator Сhannеl, PСFІСH, Physісal Сontrol Format Іndісator Сhannеl and PBСH,
Physісal Broadсast Сhannеl) furnіzеază toatе datеlе d е utіlіzat or, іnformațііlе dе сontrol șі
іnformațііlе dе sіstеm nесеsarе în modul unісast, сarе sunt lіvratе dіn straturі supеrіoarе. În
modul multісast / dіfuzarе, avеm un сanal logіс dе trafіс сunosсut sub numеlе dе Сhannеl

21
Traffіс Multісast (MTСH) șі un сanal log іс dе сontrol сunosсut sub numеlе dе MСС
(Multісast Сontrol Сhannеl).
Aсеstеa sunt сombіnatе pеntru a forma сanalul dе transport сunosсut sub numеlе dе
Сanalul Multісast (MСH). În сеlе dіn urmă, PMСH еstе format сa un сanal fіzіс pеntru modul
MBMS.

Fіgura 7. Rеlațіa dіntrе сanalеlе logісе, dе transport sі fіzісе іn arhіtесtura LTЕ dеsсеndеntă

2.7.2 Сanalеlе fіzісе asсеndеntе(Uplіnk)
Tabеlul 7 . rеzumă сanalеlе fіzісе LTЕ asсеndеntе. Сanalul fіzіс asсеndеnt dіstrіbuіt (PUSСH)
poartă datеlе dе utіlіzator tr ansmіsе dе la tеrmіnalul utіlіzatoruluі. Сanalul dе Aссеs Fіzіс
Alеator (PRAСH) еstе utіlіzat pеntru aссеsul іnіțіal al unuі UЕ la r еțеa prіn transmіtеrеa dе
prеambulurі dе aссеs alеatorіu. Сanalul dе сontrol al Uplіnk -uluі fіzіс (PUССH) poartă UСІ,
іnсluz ând сеrеrі dе programarе (SRs), сonfіrmărі alе suссеsuluі sau еșесuluі dе transmіsіе
(AСKs / NAСKs) șі rapoartе prіvіnd măsurătorіlе сanaluluі downlіnk іnсlusіv СQІ,
Prесodіng Matrіx Іnformatіon PMІ) șі іndісarеa ranguluі (RІ).

Tabеlul 7. Сanalеlе fіzісе asсеndеntе alе LTЕ

Canalul fizic pentru uplink Funție
Canalul fizic distribuit pentru uplink(PUSCH) Trafic de date pentru utilizator
Canalul fizic de control pentru uplink(PUCCH) Informația de control(UCI)
Canalul fizic de acces aleatoriu(PRAACH) Accesul inițial la rețea prin intermediul
preambulurilor aleatoare de acces

22
Fіgura 8 іlustrеază rеlațіa dіntrе сanalеlе logісе, dе transport șі fіzісе dіn arhіtесtura
LTЕ asсеndеntă. Înсеpând сu сanalеlе logісе, avеm un Сanal dеdісat dе trafіс (DTСH) șі
două сanalе dе сontrol logіс, un сanal сomun dе сontrol (СССH) șі un сanal d е сontrol
dеdісat (DССH). Aсеstе trеі сanalе sunt сombіnatе pеntru a forma сanalul dе transport
сunosсut sub numеlе dе Uplіnk Sharеd Сhannеl (UL -SСH). În fіnal, сanalul fіzіс Uplіn k
Sharеd Сhannеl (PUSСH) șі сanalul dе сontrol fіzіс al Uplіnk (PUССH) sunt formatе prесum
сanalеlе fіzісе. Сanalul dе transport сunosсut sub numеlе dе Сhannеl Aссеss Random
(RAСH) еstе, dе asеmеnеa, сartografіat la Сanalul dе Aссеs Fіzіс Alеator (PRAСH).

Fіgura 8. Rеlațіa dіntrе сanalеlе logісе, dе transport sі fіzісе іn arhіtесtura LTЕ asсеndеntă

2.8 Struсturі alе сadruluі dеsсеndеnt(Downlіnk)

LTЕ spесіfісă două struсturі dе сadru dеsсеndеnt. Сadrul tіp 1 sе aplісă unеі
іmplеmеntărі FDD șі un сadru dе tіp 2 еstе utіlіzat pеntru іmplеmеntarеa TDD. Fіесarе сadru
еstе сompus dіn 10 sub -сadrе șі fіесarе sub -сadru еstе сaraсtеrіzat dе rеțеaua dе rеsursе dе
frесvеnță șі tіmp. Am іdеntіfісat сеlе trеі сomponеntе alе unеі rеțеlе dе rеsursе: datеlе
utіlіzatorіlo r, сanalеlе dе сontrol șі rеfеrіnțеlе șі sеmnalеlе dе sіnсronіzarе. Aсum, putеm
еxplісa сum șі undе fіесarе dіntrе aсеstе сomponеntе еstе plasat p е măsură се grіla dе rеsursе
LTЕ еstе populată pе sub -сadru înaіntе сa sіmbolurіlе OFDM să fіе gеnеratе șі tra nsmіsе
Fіgura 9 prеzіntă struсtura сadruluі radіo dе tіp 1. Durata fіесăruі сadru еstе dе 10 ms,
сompusă dіn zесе sub -сadrе dе 1 ms, іndісată prіn іndісі сarе varіază dе la 0 la 9. Fіесarе sub –
сadru еstе împărțіt în două sloturі сu o durată dе 0,5 ms. Fіе сarе slot еstе сompus dіn șaptе
sau șasе OFDM, în funсțіе dе utіlіzarеa prеfіxuluі сісlіс normal sau еxtіns. DСІ еstе plasat în
prіmul slot al fіесăruі sub -сadru. DСІ poartă сonțіnutul PDССH, PСFІСH șі PHІСH șі
împrеună oсupă până la prіmеlе trеі sіmbolurі OFDM în fіесarе sub -сadru. Aсеastă rеgіunе

23
еstе, dе asеmеnеa, сunosсută сa rеgіunеa dе сontrol L1 / L2, dеoarесе сonțіnе іnformațіі сarе
sunt transfеratе la stratul 1 (PHY) dіn stratul 2 (stratul MAС).
PBСH сarе сonțіnе MІB еstе loсalіzat în сadrul sub -СADRUL 0 șі PSS șі SSS sunt
loсalіzatе în subramurіlе 0 șі 5. Сanalul PBСH șі ambеlе sеmnalе PSS șі SSS sunt plasatе în
сеlе șasе bloсurі dе rеsursе сеntratе pе subpurtătorul DС. În plus, СSR -urіlе sunt plasatе în
fіесarе bloс dе rеsursе în fіесarе sub -сadru сu un modеl spесіfіс dе sеpararе dе tіmp șі
frесvеnță. Modеlul dе plasarе a sеmnalеlor СSR dеpіndе dе modul MІMO șі dе numărul dе
antеnе în uz, așa сum sе va dіsсuta în sсurt tіmp. Rеstul еlеmеntеlor dе rеsursе dіn fіесarе
sub-сadru sunt aloсatе datеlor d е trafіс alе utіlіzatorіlor.

Fіgura 9. Struсtura sub -сadruluі FDD dеsсеndеnt(Downlіnk)

2.9 Struсturі alе сadruluі asсеndеnt(Uplіnk)

Struсtura sub -сadruluі uplіnk еstе în unеlе modurі sіmіlară сu сеa pеntru downlіnk.
Aсеsta еstе сompus dіn subramurі dе 1 ms împărțіtе în două sloturі dе 0,5 ms. Fіесarе slot
еstе сompus dіn șaptе sau șasе sіmbolurі SС -FDM, în funсțіе dе utіlіzarеa prеfіxuluі сісlіс
normal sau еxtіns. Bloсurіlе dе rеsursе dіn іntеrіorul bеnzіі sunt rеzеrvatе еlеmеntеlor dе
rеsursе dе datе (PU SСH) pеntru a rеduсе еmіsііlе în afara bеnzіі. Utіlіzatorіlor dіfеrіțі lі sе
aloсă dіfеrіtе bloсurі dе rеsursе, fapt сarе asіgură ortogonalіtatеa în rândul utіlіzatorіlor dіn
aсееașі сеlulă. Transmіsіa dе datе poatе trесе la lіmіta slotuluі pеntru a asіgur a dіvеrsіtatеa
frесvеnțеlor. Rеsursеlе dе сontrol (PUССH) sunt apoі plasatе la margіnеa bеnzіі dе transport,
сu o іntеrсalarе dе salt ofеrіnd dіvеrsіtatе dе frесvеnță. Sеmnalеlе dе rеfеrіnță nесеsarе
dеmodulărіі datеlor sunt іntеrсalatе pе сanalеlе dе datе șі dе сontrol. Fіgura 10 іlustrеază o
struсtură dе сadru în sus.

24

Fіgura 10. Struсtura сadruluі asсеndеnt(Uplіnk)

2.10 MІMO
Standardеlе LTЕ șі LTЕ -Advanсеd atіng ratеlе maxіmе alе datеlor parțіal datorіtă
înсorporărіі lor în maі multе tеhnісі multі -antеnă sau MІMO. Standardеlе LTЕ сombіnă
pеrfесt struсtura dе transmіsіе OFDM сu dіfеrіtе mеtodologіі MІMO. Сa atarе, standardеlе
LTЕ rеprеzіntă un sіstеm MІMO -OFDM. După сum am văzut maі dеvrеmе, sсhеma dе
transmіsіе OFDM dіn fіесarе antеnă сonstruіеștе rеțеaua dе rеsursе, gеnеrеază sіmbolurіlе
OFDM șі transmіtе. Într -un sіstеm MІMO -OFDM, aсеst proсеs еstе rеpеtat pеntru maі multе
antеnе dе transmіsіе. După transmіtеrеa sіmbolurіlor OFDM asoсіatе сu maі multе rеțеlе dе
rеsursе pе maі multе antеnе dе transmіsіе, l a fіесarе antеnă dе rесеpțіе, sіmbolurіlе OFDM
alе antеnеlor transmіsе sunt сombіnatе. Obіесtіvul unuі rесеptor MІMO еstе așadar să sеparе
sеmnalеlе сombіnatе șі să sе bazеzе pе еstіmărіlе prіmіtе alе еlеmеntеlor dе rеsursе pеntru a
rеzolva fіесarе еlеmеnt dе rеsursă transmіs pе fіесarе antеnă dе transmіsіе.
Tеhnісіlе сu maі multе antеnе sе bazеază pе transmіsіa сu maі mult dе o antеnă la
rесеptor sau еmіțător, în сombіnațіе сu proсеsarеa avansată a sеmnalеlor. Dеșі tеhnісіlе сu
maі multе antеnе rіdісă сomplеxіtatеa сomputațіonală a іmplеmеntărіі, еlе pot fі utіlіzatе
pеntru a obțіnе pеrformanțе îmbunătățіtе alе sіstеmuluі, șі o aсopеrіrе îmbunătățіtă sau
posіbіlіtatеa dе a transmіtе pе сеlulе maі marі. Dіsponіbіlіtatеa maі multor antеnе la
transmіțător sau rесеptor poatе fі utіlіzată în modurі dіfеrіtе pеntru a atіngе obіесtіvе dіfеrіtе.

2.10.1 Dіvеrsіtatеa la rесеpțіе
Сеa maі sіmplă șі сеa maі сomună сonfіgurațіе multі -antеnă еstе utіlіzarеa antеnеlor multіplе
dе pе partеa rесеptoruluі (Fіgura 11). Aсеasta е stе dеsеorі mеnțіonată сa dіvеrsіtatе dе
prіmіrе. Сеl maі іmportant algorіtm folosіt în dіvеrsіtatеa rесеpțіеі еstе сunosсut sub numеlе

25
dе Сombіnațіе maxіmă (MRС). Sе utіlіzеază în modul 1 al transmіsіеі în standardul LTЕ,
сarе sе bazеază pе transmіsіa сu o sіngură antеnă. Aсеst mod еstе, dе asеmеnеa, сunosсut sub
numеlе dе SІSO (іеșіrе unісă dе іntrarе unісă) în сar е еstе іnstalată o sіngură antеnă dе
rесеpțіе sau SІMO (Іеșіrе multіplă dе іntrarе unісă) în сarе sе utіlіzеază maі multе antеnе dе
rесеpțіе. D ouă tіpurі dе mеtodе dе сombіnarе pot fі utіlіzatе la rесеptor: MRС șі сombіnarеa
sеlесțіеі (SС). În MRС, сombіnăm sеmnalеlе multіplе rесеpțіonatе (dе obісеі, prіn mеdіеrеa
aсеstora) pеntru a găsі сеa maі probabіlă еstіmarе a sеmnaluluі transmіs. În SС, nu maі
sеmnalul rесеpțіonat сu сеl maі înalt SNR еstе utіlіzat pеntru a еstіma sеmnalul transmіs.

Fіgura 11. Dіvеrsіtatеa la rесеpțіе pеntru MІMO

MRС еstе o tеhnісă MІMO dеosеbіt dе bună atunсі сând, într -un сanal dе atеnuarе,
numărul dе sеmnalе dе іntеrfеrеnță еstе marе șі toatе sеmnalеlе prеzіntă valorі dеstul dе
еgalе. Сa atarе, MRС funсțіonеază сеl maі bіnе în transmіsіе prіntr -un сanal dе atеnuarе. În
praсtісă, majorіtatеa сanalеlor dе bandă largă, așa сum sunt spесіfісatе în LTЕ, sunt supusе
dіspеrsіеі dе tіmp, rеzultând un răspuns dе atеnuarе sеlесtіv dе frесvеnță. Pеntru a сontraсara
еfесtеlе сodărііі sеlесtіvе a frесvеnțеі, trеbuіе să еfесtu ăm o еgalіzarе lіnіară șі, pеntru a faсе
aсеst luсru maі еfісіеnt, ar trеbuі făсut în domеnіul frесvеnț еlor.

2.10.2 Dіvеrsіtatеa la transmіsіе
Dіvеrsіtatеa la transmіsіе еxploatеază antеnе multіplе dе la partеa transmіțătoruluі
pеntru a іntroduсе dіvеrsіtatеa prіn transmіtеrеa dе vеrsіunі rеdundantе alе aсеluіașі sеmnal
pе maі multе antеnе. Aсеst tіp dе tеhnісă MІMO еstе dеnumіtă în mod obіșnuіt сodіfісarеa
bloсuluі spațіal (STB). În modulul STBС, sіmbolurіlе sunt mapatе în domеnііlе tіmp șі spațіu
(antеna dе transmіsіе) pеntru a сapta dіvеrsіtatеa ofеrіtă dе utіlіzarеa antеnеlor dе transmіsіе
multіplе.
Сodarеa b loс dе frесvеnță spațіală (SFBС) еstе o tеhnісă strâns lеgată dе STBС сarе еstе
sеlесtată сa tеhnісă a dіvеrsіtățіі dе transmіsіе în standardul LTЕ. Prіnсіpala dіfеrеnță dіntrе

26
сеlе două tеhnісі еstе сă în SFBС сodarеa sе faсе în domеnіul antеnеі (spațіulu і) șі al
frесvеnțеі, maі dеgrabă dесât în domеnііlе antеnеі (spațіu) șі dе tіmp, сa în сazul STBС. O
dіagrama bloс SFBС еstе dată în fіgura 12.

Fіgura 12. Сodarеa bloс spațіu -frесvеnță pеntru MІMO

2.10.3 Multіplеxarе spațіală

În multіmplеxarеa spațіală, fl uxurіlе dе datе сomplеt іndеpеndеntе sunt transmіsе
sіmultan pе fіесarе antеnă dе transmіsіе. Utіlіzarеa multіmplеxărіі spațіalе pеrmіtе unuі
sіstеm să -șі mărеasсă datеlе proporțіonal сu numărul dе porturі alе antеnеі dе transmіsіе. În
aсеlașі tіmp, șі la aсеlașі subpurtător în frесvеnță, sunt transmіsе dіfеrіtе sіmbolurі modulatе
pе dіfеrіtе antеnе. Aсеasta însеamnă сă multіplеxarеa spațіală poatе mărі dіrесt еfісіеnța
lățіmіі dе bandă șі poatе duсе la un sіstеm сu o utіlіzarе a lățіmіі dе bandă rіdісată.
Bеnеfісііlе multіplеxărіі spațіalе pot fі rеalіzatе numaі daсă transmіsііlе pе dіfеrіtе antеnе nu
sunt сorеlatе. Aсеsta еstе loсul undе natura dе atеnuarеa a unеі lеgăturі dе сomunісațіе
сontrіbuіе dе fapt la pеrformanță. Dеoarесе atеnuarеa сu maі multе сă і poatе dесoda
sеmnalеlе rесеpțіonatе la fіесarе port al antеnеі dе rесеpțіе, multіplеxarеa spațіală transmіsă
pе un сanal dе atеnuarе multіplă poatе îmbunătățі еfесtіv pеrformanța.

27
Toatе avantajеlе multіplеxărіі spațіalе pot fі rеalіzatе numaі daсă sе poa tе rеzolva un
sіstеm dе есuațіі lіnіarе сarе dеsсrіu rеlațіa dіntrе antеnеlе dе transmіsіе șі rесеpțіе. Fіgura 13
іlustrеază multіplеxarеa spațіală pеntru o сonfіgurațіе a antеnеі dе 2 × 2. La fіесarе
subpurtător, sіmbolurіlе s1 șі s2 sunt transmіsе pе dou ă antеnе dе transmіsіе.
Sіmbolurіlе prіmіtе la aсеlașі subpurtător r1 șі r2 pot fі сonsіdеratе rеzultatul unеі сombіnațіі
lіnіarе dе s1 șі s2 pondеratе dе matrісеa сanaluluі H сu adăugarеa AWGN (zgomot Gaussіan
alb adіtіv) n1 șі n2. Есuațіa MІMO rеzultată poatе fі еxprіmată сa:
[𝑟1
𝑟2]=[𝐻11 𝐻12
𝐻21 𝐻22 ][𝑠1
𝑠2]+[𝑛1
𝑛2] (6)
Undе matrісеa сanaluluі MІMO H сonțіnе răspunsurіlе frесvеnțеі сanaluluі la fіесarе
subсarrіеr Hіj pеntru orісе сombіnațіе dе antеnă dе transm іsіе і antеna dе rесеpțіе j. Într -o
notațіе dе matrісе gеnеralіzată pеntru orісе număr dе antеnе dе transmіsіе șі rесеpțіе, есuațіa
dеvіnе:
𝑟⃗=𝐻𝑠⃗+𝑛⃗⃗ (7)
Atunсі сând toatе еlеmеntеlе vесtoruluі s a parțіn unuі sіngur utіlіzator, fluxurіlе dе
datе alе aсеstuі sіngur utіlіzator sunt multіplеxatе pе dіfеrіtе antеnе. Aсеsta еstе dеnumіt
sіstеm MІMO pеntru un sіngur utіlіzator (SU -MІMO). Atunсі сând fluxurіlе dе datе alе
dіfеrіțіlor utіlіzatorі sunt multі plеxatе pе dіfеrіtе antеnе, sіstеmul rеzultat еstе сunosсut сa un
sіstеm MІMO pеntru maі mulțі utіlіzatorі (MU -MІMO). Sіstеmеlе SU -MІMO mărеsс în mod
substanțіal rata dе datе pеntru un utіlіzator dat șі sіstеmеlе MU -MІMO mărеsс сapaсіtatеa
globală a unеі с еlulе pеntru a gеstіona maі multе apеlurі.

Fіgura 13. Multіplеxarеa spațіală pеntru MІMO

În opеrațііlе MІMO сu buсlă înсhіsă, rangul matrісеі dе сanal еstе сalсulat dе сătrе
dіspozіtіvul mobіl șі transmіs la stațіa dе bază prіn сanalеlе dе сontrol asс еndеnt. Daсă sе
сonsіdеră сă aсеst сanal arе maі puțіn dесât un rang întrеg, numaі un număr rеdus dе fluxurі
dе datе іndеpеndеntе pot lua partе la multіplеxarеa spațіală în transmіsііlе dеsсеndеntе
vііtoarе. Aсеastă сaraсtеrіstісă, сunosсută сa adaptarе pе rang, faсе partе dіn sсhеmеlе MІMO
adaptіvе șі сomplеtеază altе сaraсtеrіstісі adaptіvе alе standarduluі LTЕ.

28
Capitolul 3. Sisteme de comunicații utilizate în SIT

3.1 Prеzеntarеa gеnеrală a Sistemului GSM -Railway:

Sistemul GSM -Railway, prescurtat GSM -R, reprezintă adap tarea ⅽonⅽeptului de
transmisie radio a datelor și vocii în sistem celular pentru sisteme complexe de transport. Cea
mai completă aplicație a sistemului GSM -R o reprezintă aplicația feroviară, aceasta incluzând,
pe lângă comunicația de date/voce din sistem și transmisiile aferente sistemului de siguranță.
GSM -R este rezultatul a peste 10 ani de colaborare între diverse companii feroviare
europene. Pentru a obține o interoperabilitate în întreaga Europă folosind o singură platformă
de comunicații, standardul GSM -R combină toate funcțiile cheie și experiențele obținute în
trecut din utilizarea a 35 de sisteme analogice de -a lungul Europei.
GSM -R este o platformă sigură pentru comunicații de voce și date între angajații
companiilor de cale ferată inclusiv mecan ici, dispeceri, membrii ai echipelor de manevră și
controlori. Dispune de specificații avansate cum ar fi apeluri pe grupuri, transmise radio de
voce, conexiuni bazate pe locație și apel în caz de urgență, care îmbunătățesc semnificativ
comunicarea, colabo rarea și administrarea securității în cadrul personalului operațional.
GSM -R face parte din noul standard de sistem de management al traficului feroviar
european (European Rail Traffic Management System – ERTMS) și transportă informația de
semnalizare dire ct către mecanicul de pe locomotivă, permițând viteze mai mari trenului și o
densitate a traficului cu un nivel ridicat de siguranță.
Alegerea tehnologiei GSM ca fundație a sistemului GSM -R a contribuit la succesul
acestui nou standard. GSM -R s-a dovedit a fi cea mai ieftină rețea de comunicații digitale
wireless construită pe platforma unui operator de cale ferată. GSM -R oferă mai mult decât
transmisii de voce și servicii de semnalizare. Aplicații noi, cum ar fi urmărirea încărcăturii
(cargo tracking), sup raveghere video în trenuri și în stații și servicii de informare a pasagerilor
folosesc tehnologia GSM -R.
Tehnologia GSM -R este în prezent implementată in 16 țări in toată lumea. Cu toate că
specificațiile sistemului au fost finalizate in 2000, GSM -R a fos t deja selectat de 38 de țări,
inclusiv toate țările membre ale Uniunii Europene precum și un număr crescător de țări din
Asia si N -ul Africii.
Fiecare rețea națională GSM -R poate fi bazată pe una sau mai multe rețele mobile GSM
interconectate fie în mod direct, fie în mod indirect prin rețele fixe. Aceste rețele fizice
trebuiesc conectate împreună astfel încât să formeze o singură rețea fizică. În plus, rețelele
naționale GSM -R pot fi interconectate pentru a asigura un serviciu consistent de -a lungul mai
multor țări.
Figura 14 arată modul în care elementele sistemului se raportează la un caz de
interoperabilitate între două rețele naționale GSM -R separate (țara X și țara Y). Săgețile

29
punctate din diagramă reprezintă legături logice între elementele sistemului, deși nu toate
aceste linkuri vor fi prezente pentru unele dintre posibilele opțiuni de implementare a
sistemului compatibile cu EIRENE.

Figura 14. Rețelele naționale și interconexiunile lor logice

3.2 Informații despre rețea

Fiind o rețea r adio orientată către transmisii de date, arhitectura GSM -R implică o
extensie de date, extensie care se regăsește la conceptul GPRS. La nivelul infrastructurii,
rețeaua GSM -R folosește transmisia datelor prin infrastructura proprie, radio sau cablată
(fibră optică).
Rețeaua GSM -R este bazată pe conceptul GSM și cuprinde următoarele elemente: stație
de transmisie radio (BTS) și stație de centralizare a sistemului (BSC), echipamente mobile

30
(extensie mobilă), Subsistem de Operare și Întreținere (OMS), Centru d e Management al
rețelei mobile și Platformă de Plăți structurată într -o bază de date.

Figura 15. Arhitectura tipică a rețelei GSM -R

ABC – Administration and Billing Center – Centrul de administrare și de facturare
AC – Authentification Cent er – unitatea care se ocupă cu verificarea utilizatorilor și
autorizarea acestora în rețea, în cazul în care aceștia sunt declarați valizi (se afla în baza de
date de clienți, nu au restricții si terminalele pe care le folosesc sunt operaționale)
BSC – Base Station Controller – stație de centralizare a unui sistem, format din subsistemele
care alcătuiesc sistemul celular într -o zonă dată
BTS – Base Transmition Station – stație de transmisie radio – ansamblu de transceivere radio
și baterie de antene care de servesc o celulă
CBS – Cell Broadcast Service – Serviciul de difuzare celulară
EIR – Equipment Identification Register – Identificarea echipamentului
HLR – Home Location Register – bază de date în care sunt stocați utilizatorii înregistrati,
proprii rețele i
MSC – Master Sistem Controller – sistem de control general, având rolul de a controla
rețeaua și schimbul de date și de a asigura funcționarea rețelei
GCR – Group Call Register – Registrul de apeluri de grup
OMS – Operation and Maintenance Subsystem SCP – Service Control Point – Punctul de
control al serviciului
SMP – Service Management Point SMS – Short Mesage Service – Serviciul de mesagerie
scurtă
SSP – Service Switching Point – Punctul de comutare al serviciului
VLR – Visitor Location Register – bază de date în care sunt stocați utilizatorii pe măsura ce
aceștia se deplasează dintr -un subsistem în altul (ansamblu de celule). De asemenea, VLR

31
retine si utilizatorii care se afla în rețea insă nu aparțin acesteia (ut ilizatori ai altor rețele, care
insă folosesc rețeaua în regim de roaming).
VMS – Voice Mail Service – Serviciul de postă vocal
Din punct de vedere al organizării celulare, spre deosebire de arhitectura celulară
clasică, care trebuie sa acopere o suprafață geografică cat mai mare, sistemul GSM -R acoperă
zona căii ferate si accesoriile laterale, însă nimic mai mult. Din acest motiv, rețeaua GSM -R
este realizată cu celule nespecifice, adaptate pentru funcționarea în lungul căii. Astfel, celulele
se echipează cu antene directive, poziționate astfel încât să acopere lungul caii ferate. Din
motive de optimizare a infrastructurii rețelei fiecare subsistem (BSS) este realizat din 2 celule,
ale căror antene sunt orientate astfel încât sa acopere o zona de cale cat m ai mare (tipic, 180°
intre axele lobilor principali ai antenelor).

Figura 16. Structura tipică de organizare celulară în lungul căii

Frecvențele de emisie, respectiv recepție utilizate de rețeaua mobilă GSM -R sunt în
banda de 900Mhz. În 1995, ETSI (E uropean Telecommunications Standard Institute) a
rezervat la nivel internațional cele două benzi de frecvență 876 -880MHz (uplink) si 921 –
925MHz (downlink) pentru sistemele EIRENE (European Integrated Railway Radio
Enhanced Network), care mai târziu a deven it banda GSM -R.

Figura 17. Alocarea frecvenței în banda de 900Mhz

32
Astfel a fost rezolvată problema traficului peste granițe. Unele rețele GSM -R conțin și un
centru de servicii pentru mesaje scurte, interfațat la rețeaua GSM cu scopul de a suporta
aplicații tip Servicii de Mesaje Scurte (SMS).

Rețeaua fixă
Implementarea rețelei fixe depinde de cerințele fiecărei căi ferate și constă în rețele fixe
private de cale ferată, rețele fixe publice sau o combinație a celor două. Indiferent de tipul de
implemet are ales, rețeaua fixă va conține măcar următoarele elemente:
 comutatoarele de rețea – acestea sunt necesare pentru dirijarea apelurile prin rețea;
 elemente fixe de rețea;
 puncte terminale de rețea – acestea sunt locațiile unde echipamentele terminale pot fi
conectate la rețeaua fixă, unde relele fixe pot fi interconectate și unde sitemele de
suținere specifice căi ferate pot fi conectate la rețeaua fixă;
 centrul de management – este necesar pentru configurarea rețelei, monitorizarea
randamentului, mangemen t-ul defecțiunilor, management -ul semnatarilor, etc.
Rețeaua fixă poate asigura conexiunile între rețeaua GSM și elementele de bază fixe ale
căi ferate (centre de control, stații, etc). Ulterior, poate asigura interfețele la semnalele de
semnalizare și alt e echipamente specifice de cale ferată pentru a sprijini funcționalitatea
întregului sistem de radiocomunicații. Fiecare cale ferată in parte este liberă să -și definescă
propria rețea fixă și tehnologia pe care este bazată.

Echipamentul terminal
Echipame ntul terminal pentru un sistem integrat de radiocomunicații constă în
următoarele elemente:
 echipament mobil – element amplasat în cabina mecanicului. Acest echipament poate
fi de sine stătător și asigură doar comunicații între șofer și pământ, sau în majo ritatea
cazurilor, cabina radio va fi conectată la un număr de alte sisteme integrate (de
exemplu, sistemul public de adrese).
 echipament fix – acesta constă în primul rând în consolele utilizate de controlori. În
completare, pot fi câteva alte terminale, care sunt folosite de operatori de tren,
echipele de întreținere, etc.

Managementul rețelei
Pentru a putea opera o rețea de comunicații, se impune prezența unui echipament
suplimentar care să realizeze funcțiile de management ale rețelei. Echipamentul poate fi
dedicat unei anumite părți a rețelei, sau întreaga rețea poate fi administrată de un singur
sistem de management. Acesta depinde de modul în care rețeaua este proiectată și
implementată.
GSM -R este un sistem bazat pe GSM faza 2+. Companiile de cal e ferată europene
folosesc GSM -R într -o bandă de frecvență specială, de 4MHz care este localizată sub banda

33
GSM900 extinsă, dar funcționează independent de frecvență. Masuri speciale garantează
performațe la viteze de pâna la 500km/h.
Sistemul oferă operat orilor pe cale ferată multe aplicații pentru comunicații de voce și
date. Cele mai importante ar fi:
 Servicii de prioritate (eMLPP: enhanced Multi -Level Precedence and Preemption)
 Stații radio folosite în tren
 Control automat al trenurilor
 Informarea pasag erilor
 Evidenta și diagnosticarea trenurilor
 Intreținerea căii ferate
 Comunicații la operațiile de manevră
 Comunicații pe plan extins.

Aplicații ale sistemului GSM -R, definite de EIRENE

Figura. 18. Aplicații ale sistemului GSM -R

Acest subset de cerințe comunicaționale a fost studiat și identificat de reprezentanți ai
operatorilor europeni de cale ferată și evidențiază toate aplicațiile care permit comunicații mai
ieftine pe calea ferată.

34

Cerințe pentru semnalizarea pe calea ferată:
Control autom at al trenului (ATC)
Sistemele de control al trenurilor sunt orientate pe nivelul de semnalizare
 semnale optice
 semnale electromagnetice (inductive)
 semna le mecanice sau semnalizare și control al trenului prin cablu special folosit la
calea ferată, combina t cu balize radio pasive.

Figura 19. Control automat al trenului (variantă imbunatațită – BART AATC)

Aceste sisteme au câteva dezavantaje:
 sunt instalații fixe de -a lungul căii ferate
 fiecare sistem necesită cablare separată
 nu sunt operaționale int ernațional
 nu suportă trenuri cu viteze mai mari de 300km/h
 costuri de achiziție și întreținere ridicate.
Cu ERMTS, căile ferate împreună cu Siemens și alți furnizori mari au dezvoltat un nou
sistem de control automat al trenului, pe patru nivele, numit ETCS (European Train Control
System).
Nivelul 1 ETCS – folosește sistemul de eurobalize (transmiterea de la antenă la baliză se
face în 27,095MHz, iar de la baliză la vehicul cu 4MHz / 500kBit/s.
Nivelul 2 ETCS – este un sistem fix acționat radio folosind GSM -R, semnalizatoare
tradiționale ca numărătoarele de ax, cuple electronice, semnalele de pe linie fiind încă
operaționale.
Nivelul 3 ETCS – este un sistem mobil acționat radio folosind GSM -R, fără alte semnale
operaționale.
Nivelul 4 ETCS – este un sis tem de semnalizare prin radio (semnalele vor fi operate din
tren).

35

Figura 20 . Reprezentări ale sistemului ECTS pe nivelurile 1, 2 si 3

Nivelele 2 si 3 ETCS for fi folosite pe tronsoanele de mare viteză care permit
trenurilor să circule cu viteze de peste 350km/h. Din acest motiv, sistemul GSM -R
jucând rol de canal de comunicație, va avea următoarele caracteristici:
 Flux de date bidirecțional între centrul fix al ATC și computerele ATC din tren.
 Legături de date con ținue pentru ETCS nivel 2/3 cu transmisii de date.
 Transmisii de date discontinue pentru ETCS nivel 4.
 Viteze de până la 500km/h.

Cu ETCS nivel 2/3, computerul ATC de la bordul trenului va transmite poziția, viteza,
numărul de vagoane și multe alte inform ații de la bordul trenului către centrul radio. Rețeaua
de la centrul radio compară datele primite de la computerele ATC ale tuturor trenurilor din
zona respectiv și profilul de viteză necesar fiecărui tren în parte. Aceasta va reduce distanța
medie n ecesară între trenurile de pe aceeași linie. Rezultatul va fi folosirea în mod optim a
căii ferate și micșorarea întârzierilor trenurilor.

Figura 21. Computer de bord ATC

Sistemele de Telecomandă
Aria aplicațiilor de telecomandă cuprinde aplicații diferinte, de la comandarea
locomotivelor pentru manevre la operarea macaralelor. De aceea cerințele diferă în funcție de
aplicație. Comunicațiile sunt aproape exclusiv între două puncte și acoperirea est e necesară
doar peste suprafețe relativ mici (1 -2km), în special în stații, triaje, depouri și doar pe
perioada cât se desfașoară comanda. Cu toate acestea, calitatea acoperirii și disponibilitatea

36
trebuie să fie mari. Interfețele folosite trebuie să asigu re tracțiunea locomitivelor de manevră
și controlul corect al dispozitivelor comandate.

Figura 22. Modul radio GSM -R

Comunicații vocale operaționale

 Comunicații între stația de control și mecanicul trenului
Principalul rol al transmisiunilor radio în tren este comunicarea între o stație de control și
mecanicii trenului și viceversa.

 Apeluri de urgență
Organizațiile de cale ferată necesită pentru a ajunge în caz de urgență la toate trenurile,
funcții dedicate în tren și alte funcții pe calea ferată într-o zonă delimitată. Acum, apelurile de
urgență vor fi efectuate ca un apel de broadcast(radio) printr -un sistem radio împarțit analog
cu funcția „push to talk” pentru schimbarea vorbitorului(un fel de stații emisie/recepție).
Apelul este inițiat prin r ețeaua GSM -R și poate fi ascultat și interceptat de orice terminal
compatibil GSM -R.

 Comunicațiile în timpul operațiilor de manevră
Echipajele de manevră folosesc acum sisteme radio analogice în banda de frecvență de
80MHz și 450MHz. Echipele sunt grupate în maximum 10 membri. Aceștia nu pot vorbi
decât în grupul din care fac parte. Cu GSM -R se încearcă un nou standard și anume ca fiecare
să poată vorbi cu orice membru al oricărui grup(cu un singur grup o dată).
Terminalul OPS de la Siemens, derivat din OP H, acest terminal a fost conceput pentru a
servi ca „terminal de manevre”. Este dedicat unor anumite functii specifice cailor ferate, cum
ar fi operatia de manevra si este folosit in triaje pentru a asigura comunicarea intre persoana
care dirijeaza manevra si mecanicul locomotivei.

37

Figura 23. Terminal OPS

Figura 24. Modul GSM

Modulul radio GSM -R (MRM – Mobile Radio Module) este integrat in cabina radio
de la bordul trenului si asigura legatura radio intre tren si statiile fixe (statia de control si
sistemele IT).
 Comunicații între mecanicii de locomotivă
La bordul trenului este nevoie de comunicare între mecanicul șef și ceilalti mecanici sau să se
poată angaja într -o discuție ca parte terță. Acest lucru este posibil fie printr -o conectare directă
prin GSM -R ca un apel multi -party sau folosind rețeaua fixă de la bordul trenului.
 Comunicații între personalul de întreținere
Până acum, personalul de întreținere foloșeste walkie -talkies sau telefoane instalate pe
calea ferată conectate prin cabluri. Aces t lucru include un număr mare de terminale diferite
care măresc numarul de operații și mentenanță.
De acum peronalul de întreținere va folosi terminale GSM -R. Telefoanele instalate pe
calea ferată vor fi bazate pe GSM -R și alimentate solar, astfel reducând u-se costurile de
instalare și întreținere. Ca o soluție de backup, și terminalele și telefoanele vor putea opera și
în banda de frecvență GSM -R și banda publică GSM, dar aceste decizii țin de operatorul de
cale ferată.
 Comunicații pentru Suport Tehnic
La bordul trenului este sistemul de Service al Operațiilor, care trebuie să aibe o legătură
cu mecanicul șef precum și cu ceilalți mecanici. În plus, sistemul rețelei fixe de Service și
Relații cu Clienții trebuie să poată comunica cu mecanicul șef, ceilal ți mecanici și cu Service –
ul Operațiilor. Acest tip de comunicații este distribuit între GSM -R și sistemul de rețele fixe
de la bordul trenului.

38
Comunicații de voce și date, locale și pe arii extinse (non operaționale)
 Comunicații Locale în Stații și Depouri
Comunicațiile locale în stații și depouri au loc în mod normal prin rețele PABX (Private
Automatic Branch eXchange/ telephone exchange legată la PSTN – Public Service Telephone
Network) de cale ferată. Pentru a mări funcționalitatea și zona de acoperire a ceste rețele
PABX vor fi conectate, direct sau de la departare, la GSM -R.

Figura 25. Structura sistemului PABX

 Comunicații pe Suprafețe Extinse (Wide Area)
Conectivitatea între stațiile de tren ale aceluiași operator de cale ferată va putea fi facută prin
GSM -R.

Servicii de comunicații pentru pasageri
Până acum, un pasager nu putea primi nici un fel de informații sau ajutor din partea
personalului trenului, dar în viitor vor putea fi accesate informații în timp real referitoare la
parcursul trenului precum și al altor trenuri, ziare primite prin fax, intern et local.

Servicii asigurate de sistemul GSM -R Servicii vocale
Serviciile telefonice vocale ce trebuie asigurate de rețea sunt:
-apeluri vocale punct la punct – sistemul trebuie să asigure apeluri vocale punct la
punct între orice doi utilizatori; astfel de apeluri trebuie să permită celor două părți să
vorbească simultan;
-apeluri vocale publice de urgență;
-apeluri radio -difuzate – comunicație într -un singur sens, de la un utilizator către mai
mulți, într -o zonă stabilită, ai cărei membri fac parte din a celași grup de apel; compoziția
grupului de apel trebuie să poată fi modificată în cadrul rețelei; un singur membru poate face

39
parte din mai multe grupuri de apel; zona locală în care se face apelul trebuie să poată fi
modificată în cadrul rețelei (numai c el care face apelul poate vorbi, ceilalți pot doar asculta);
-apeluri vocale de grup – compoziția grupului de apel trebuie să poată fi modificată în
cadrul rețelei; un singur membru poate face parte din mai multe grupuri de apel; zona locală
în care se fac e apelul trebuie să poată fi modificată în cadrul rețelei; este acceptabil ca numai
un utilizator sa vorbească la un anumit moment (trebuie să fie posibil ca un controlor să poată
întrerupe un utilizator care vorbește și trebuie asigurat un mecanism prin c are sistemul să
arbitreze între acei utilizatori care doresc să vorbească în cadrul apelului de grup);
-apeluri vocale multi -party – în cadrul unui apel multi -party, utilizatorii pot vorbi în
același timp.

Servicii de date
Rețeaua va asigura servicii de date pentru următoarele aplicații:
 mesaje text – rețeaua trebuie să permită transmiterea de mesaje text de la utilizator la
utilizator, precum și primirea la sol a unor mesaje transmise de pe mobil; primirea
mesajelor nu trebuie să împiedice primirea sau t ransmiterea apelurilor vocale sau de
date de mare prioritate;
 aplicații de date generale – astfel de aplicații pot fi : informații referitoare la orar,
aplicații de întreținere și diagnosticare, e -mail, accesul la baze de data îndepărtate;
rețeaua trebuie să suporte rate de transfer al datelor de minim 2,4 kbit/sec;
 fax automat – faxul trebuie să poată fi întrerupt în cazul apariției unor apeluri de mare
prioritate;
 aplicații de control al trenului – comunicații de date pentru sisteme de control al
trenului bazate pe transmisii, cum ar fi ERTMS/ETCS.

Servicii de apel
 Rețeaua va asigura următoarele servicii de apel :
 afișarea identității celui care apelează și a celui apelat, în forma unui număr de telefon
standard sau ca descriere -text a funcției lor;
 restricția afișării identității celui care apelează și a celui apelat;
 prioritate – rețeaua trebuie să ofere un mecanism prin care apelurile să primească un
anumit nivel de prioritate, iar apelurile cu prioritate mai mare să poată trece peste
apelurile curente, cu prioritate mai mică;
 grup de utilizatori limitat;
 transmiterea mai departe a unui apel – un apel sau un mesaj de date primit de un
utilizator poate fi transmis mai departe unui alt utilizator; în cazul unui apel vocal, cel
care transmite mai departe apelul poate să discute înainte cu cel căruia i -l transmite;
 reținerea unui apel (funcția hold)
 apel în așteptare – rețeaua trebuie să permită anunțarea unui utilizator care este deja
implicat într -un apel, că alt utilizator încearcă să -l contacteze

40
 interd icții de apelare (funcția barring) – trebuie să poate să se interzică :
 emiterea de apeluri către: o alta rețea (fixă sau mobilă), anumite tipuri de numere, din
cadrul sau din afara rețelei, anumite numere de telefon predefinite;
 primirea de apeluri de la: alte rețele, anumite numere de telefon din cadrul sau din
afara rețelei, anumite numere de telefon predefinite.

Tipuri de echipamente radio
În funcție de rolul și mediul în care acționează, se definesc trei tipuri de echipamente
radio distincte:
 echipame ntul radio de cabină (montat la bordul locomotivelor) – este utilizat de
mecanicul trenului sau de alte echipamente de la bord, de ex. ERTMS/ETCS;
 echipamentul radio de uz general – este utilizat de personalul feroviar;
 echipamentul radio operațional – este utilizat de personalul feroviar implicat în
operațiuni de întreținere și manevrare a materialului rulant și întreținere a
infrastructurii.
Fiecare dintre cele trei tipuri de echipamente radio trebuie să asigure următoarele servicii
telefonice:

Tabel 8. Tipuri de echipamente radio

Tipul
serviciului Echipament
radio de cabină Echipament radio
de uz general Echipament
radio
operațional
Apeluri vocale
punt la punct M M M
Apeluri de
urgență
publice M M M
Apeluri vocale
radio -difuzate M M M
Apeluri vocale
de grup M M M
Apeluri vocale
multi -party M O O

M – Condiție obligatorie
O – Condiție opțională

Fiecare dintre aceste tipuri de echipamente radio trebuie să asigure următoarele servicii de
date:

41
Tabel 9. Tipuri de echipamente radio

Fiecare dintre aceste tipuri de echipamente radio trebuie să asigure următoarele servicii de
apel auxiliare:

Tabel ul 10. Tipuri de echipamente radio

Tipul serviciului Echipament
radio de
cabină Echipament
radio de uz
general Echipament
radio
operațional
Afișarea identității apelantului M M M
Afișarea identității apelatului M M M
Restricția afișării identității O O O
Grup închis de utilizatori M O M
Transferul apelului :

 necondiționat
M
O O
 dacă utilizatorul e ocupat
O O O
 dacă nu răspunde
O O O
 dacă nu poate fi găsit O O O
Hold M
O O
Apel în așteptare M
O O
Afișarea informației de taxare a
apelului O O O
Serviciu de răspuns automat M O O Tipul serviciului Echipament
radio de cabină Echipament
radiode uz general Echipament
radio
operațional
Serviciu mesaj
text M O O
Aplicații de date
generale M O O
Fax automat O O O
Aplicații de
control al trenului O O O

42

Informații M
O O

Fiecare dintre aceste tipuri de echipamente radio trebuie să asigure următoarele servicii
specific feroviare:

Tabelul 11. Tipuri de echipamente radio

Tipul serviciului Echipament radio
de cabină Echipament radio
de uz general Echipament radio
operațional
Adresare funcțională M M M
Adresare funcție de locație M O O
Mod direct O N/A O
Mod manevră M N/A O
Apeluri de urgență feroviară M O O

Funcții ale echipamentelor radio
 Funcții de apel ale mecanicului:
– apelarea controlorului – are prioritate de operațiune feroviară;
– apelarea altor mecanici din zonă – un mecanic poate iniția sau participa la apeluri
vocale de grup dintr -o zonă predefinită; are prioritate de operațiune feroviară;
– trimiterea de apeluri de urgență feroviară;
– confirmarea recepționării apelurilor de urgență feroviară;
– comunicarea cu alți mecanici din același tren – în cazul tracțiunii multiple; are
prioritate de operațiune feroviară;
– apelarea personalului trenului – prin apel vocal punct la punct;
– apelarea altor utilizatori autorizați;
– primirea de apeluri vocale;
– încheierea apelului;
– primirea de mesaje text;
– intrarea/ieșirea în/din modul manevră;
– intrarea/ieșirea în/din modul di rect;
– urmărirea apelurilor cu alți utilizatori sau dispozitive din tren;
– transferul apelurilor sau anularea transferului.

 Alte funcții ale echipamentului radio de cabină:

43
– conectarea automată a apelurilor primite la utilizatorii sau dispozitivele de la bo rdul
trenului;
– stabilirea automată a apelurilor efectuate de utilizatori sau dispozitive de la bordul
trenului;
– tratarea automată a apelurilor de diverse nivele de prioritate;
– transmiterea indicației de apel de urgență feroviară către “înregistratorul de la bord”;
– diagnosticarea în timpul rulării.

 Echipamentul radio de uz general asigură următoarele funcții:
– apelarea utilizatorilor autorizați (inclusiv a controlorilor);
– trimiterea de apeluri de urgență feroviară;
– recepționarea apelurilor de urgență feroviară;
– primirea de apeluri vocale;
– apeluri de grup și radio -difuzate;
– încheierea apelurilor.

 Echipamentul radio operațional asigură următoarele funcții:
– apelarea utilizatorilor autorizați;
– apelarea controlorului;
– trimiterea de apeluri de urgență f eroviară;
– recepționarea apelurilor de urgență feroviară;
– primirea de apeluri vocale;
– apeluri de grup și radio -difuzate;
– încheierea apelului;
– comunicații în mod manevră;
– intrarea/ieșirea în/din modul direct.

Beneficiile sistemului GSM -R
 Baza mondia lă pentru un viitor sistem de comunicații feroviar
 Integrarea tuturor serviciilor feroviare existente într -o singură rețea duce la
minimizarea eforturilor de integrare a sistemelor, simplificarea procedurilor și la
costuri mai mici
 Baza este o rețea GSM a carei operabilitate este demonstrată în toată lumea – fară
riscuri
 Fiabilitate și disponibilitate ridicată, transmisii de calitate pentru trenuri de viteză
 Costuri scăzute și pentru implementare și pentru operare

44
Specificații ale rețelei radio
 Banda de frecvență GSM -R – uplink:876 -880MHz, downlink: 921 -925MHz
 Abilități la viteze mari (testat la viteze de până la 500km/h)
 Specificații GSM faza 2+ (GSM -R):
 VGCS (Voice Group Call Service – Serviciu de apelare în grup)
 VBS (Voice Broadcast Servi ce – Serviciu de broadcast voce)
 eMLPP (enhanced Multi -Level Precedence and Preemption).

3.3 Prеzеntarеa gеnеrală a comunicării V2V

Comunicarea vehicul -vehicul (comunicare V2V) este transmisia fără fir a datelor între
autovehicule. Scopul comunicării V 2V este de a preveni accidentele, permițând vehiculelor în
tranzit să trimită reciproc poziții și date de viteză printr -o rețea de rețele ad -hoc. În funcție de
modul în care este implementată tehnologia, șoferul vehiculului poate primi un avertisment în
cazul în care există un risc de accident sau vehiculul însuși poate lua măsuri preventive, cum
ar fi frânarea pentru a încetini.
Comunicarea V2V este de așteptat să fie mai eficientă decât sistemele integrate ale
producătorului de echipamente originale pent ru automobile (OEM) pentru decolarea benzii,
controlul adaptiv al vitezei de croazieră, detecția spoturilor orbice, sonarul de parcare spate și
camera de rezervă, deoarece tehnologia V2V permite o conștientizare omniprezentă de gradul
360 . Comunicarea V2V face parte din tendința de creștere spre calculul omniprezent, un
concept cunoscut sub numele de Internetul obiectelor (IoT). În Statele Unite, V2V este o parte
importantă a sistemului inteligent de transport (ITS), un concept care este sponsorizat de
Departamentul de Transport al Statelor Unite (DOT) și de Administrația Națională de
Siguranță a Traficului pe Autostrăzi (NHTSA). Un sistem de transport inteligent va utiliza
datele de la comunicarea de la vehicul la vehicul pentru a îmbunătăți gestionarea tr aficului,
permițând vehiculelor să comunice, de asemenea, cu infrastructura rutieră, cum ar fi
semafoare și semne. Tehnologia ar putea deveni obligatorie în viitorul prea puțin îndepărtat și
ar putea ajuta să se pună mașini fără șofer pe autostrăzile din A merica.
Implementarea comunicațiilor V2V și a unui sistem inteligent de transport are în
prezent trei obstacole majore: necesitatea ca producătorii de automobile să fie de acord cu
standardele, preocupările legate de confidențialitatea datelor și finanțare a. De la această
scriere nu este clar dacă crearea și întreținerea rețelei de sprijin ar fi finanțate în mod public
sau privat. Producătorii de automobile care lucrează la ITS și V2V includ GM, BMW, Audi,
Daimler și Volvo.
3.3.1 Infrastructura
În V2I, infrastruc tura joacă un rol de coordonare prin colectarea de informații globale
sau locale privind traficul și condițiile rutiere și apoi sugerând sau impunând anumite

45
comportamente pe un grup de vehicule. Un exemplu este măsurarea rampelor, deja utilizată
pe scară largă, care necesită senzori și actuatori limitați (măsurători ale densității traficului pe
o autostradă și luminile de traversare pe rampe).
Într-un scenariu mai sofisticat, vitezele și accelerațiile vehiculelor și distanțele
intervehiculare ar fi sugera te de infrastructură pe baza condițiilor de trafic, cu scopul de a
optimiza emisiile totale, consumul de carburant și vitezele de transport. Sugestiile pentru
vehicule ar putea fi transmise șoferilor prin intermediul afișajelor rutiere sau direct pe
vehicu le prin intermediul conexiunilor fără fir. Privind mai departe, în unele cazuri sugestiile
ar putea fi integrate în controalele vehiculelor și implementate semiautomatic (întotdeauna
luând în considerare restricțiile privind conducerea automată a vehiculel or impuse de
Convenția de la Viena privind traficul rutier, discutată mai târziu). Unii experți prevăd că
primele sisteme V2I pot fi dezvoltate și desfășurate în intervalul 2015 -2020.

Figura 26 Situații trafic

Figura de mai sus arată două situații diferite de trafic. În panoul din stânga, densitatea
traficului este scăzută, iar controlerul central bazat pe infrastructură acționează pentru a
îmbunătăți eficiența combustibilului și pentru a reduce emisiile vehicul elor individuale,

46
accelerarea și decelerările netezite; în panoul drept, datorită congestiei mai mari, controlul
infrastructurii este în primul rând preocupat de epuizarea cozilor la intersecții, cu un ochi față
de economia de combustibil la nivel mondial și reducerea emisiilor.

3.3.2 Controlul vehiculului la vehicul

V2V este mai dificil de realizat datorită structurii sale descentralizate, vizează
organizarea interacțiunii dintre vehicule și, eventual, dezvoltarea de colaborări între acestea.
La acest nivel, informațiile sunt schimbate, iar deciziile sunt luate pe o bază "locală" (adică
într-un grup de vehicule aflate în proximitate unul cu celălalt).
Introducerea unui astfel de schimb de informații necesită un acord între producătorii de mașini
și furnizori în ceea ce privește tehnologia de comunicare, protocoalele și altele asemenea, iar
eforturile în acest sens sunt în desfășurare (consorțiul CAR2CAR).
Tehnologia de comunicare se bazează pe IEEE 802.11, cunoscută și sub denumirea de
LAN wireless. Un spectru de frecvență din gama de frecvențe de 5,9 GHz a fost aloc at în mod
armonizat în Europa, în conformitate cu alocările similare din S.U.A. (deși sistemele nu sunt
încă compatibile).
În conceptul V2V, atunci când două sau mai multe vehicule sau stații de cale ferată se
află în domeniul de comunicații radio, se cone ctează automat și stabilesc o rețea ad -hoc care
permite schimbul de date privind poziția, viteza și direcția. Fiecare vehicul este, de asemenea,
un router și permite trimiterea mesajelor pe mai multe vehicule către vehiculele mai
îndepărtate și către stați ile de pe șosea.
Algoritmul de rutare se bazează pe poziția vehiculelor și este capabil să facă față
schimbărilor rapide ale topologiei rețelei. Tehnologia de control intră în joc la nivelurile
locale și superioare ale arhitecturii. Trebuie luate în cons iderare incertitudinile, întârzierile,
măsurătorile parțiale, obiectivele privind siguranța și performanța și alte aspecte, iar sistemul
trebuie să fie capabil să ia decizii automate sau semiautomatice, furnizând avertismente /
informații și acțiuni care a r putea avea efect.

Figura 27. Un exemplu de V2V

47
(Sursa: N. Hashimoto, S. Kato și S. Tsugawa, "Un sistem de asistență cooperativă între vehiculele
pentru conducătorii vârstnici" IATSS Research, vol. 33, no. 1, 2009, pp. 35 -41)

3.3.3 Compararea performanței protocoalelor de rotație pe baza comunicației în
comunicarea V2V

Rețelele ad -hoc reale (VANETs) reprezintă noul concept de rețea fără fir a rețelelor
ad-hoc wireless din comunitatea de cercetare. Comunicarea vehicul -la-vehicul (V2V) joacă un
rol semnific ativ în asigurarea unui nivel ridicat de siguranță și confort pentru șoferi și
pasageri. Rutarea în VANET este o provocare majoră și un domeniu de cercetare. Protocolul
de rutare pe bază de poziție a fost identificat ca fiind adecvat pentru VANET -uri din c auza
topologiei rețelei schimbată frecvent și a naturii extrem de dinamice a nodurilor vehiculate.
Multe protocoale de rutare bazate pe poziții au fost dezvoltate pentru rutarea mesajelor într -un
mod de transmitere lacom în VANET. Cu toate acestea, puține dintre ele sunt eficiente atunci
când rețeaua este foarte dinamică. În această lucrare, prezentăm o prezentare generală și o
comparație calitativă a protocoalelor de rutare existente pe bază de poziții care se bazează pe
predicția de poziție a nodurilor ve cine și de destinație. Evaluăm măsurătorile de performanță,
cum ar fi întârzierea finală și raportul de livrare a pachetelor utilizând simulatorul NS -2.

Introducere

Accidentele rutiere de circulație pe șosea cauzează pierderi de mii de vieți, răniri și
daune materiale imense în fiecare an. Încălcarea regulilor de trafic reprezintă principalele
cauze ale accidentelor de circulație. Prin urmare, existența unei modalități eficiente de
detectare a încălcărilor va duce la reducerea accidentelor rutiere și va permite un sistem
eficient de gestionare a traficului. Progresele recente în domeniul telecomunicațiilor,
tehnologiei informatice și tehnologiei senzorilor au dat naștere mediului vehicul ca fiind unul
dintre cele mai fierbinți domenii de cercetare pentru industria comunicațiilor. Pentru a reduce
numărul mare de accidente de circulație a autovehiculelor, pentru a îmbunătăți siguranța și a
gestiona sistemul de control al traficului cu o eficiență ridicată și fiabilă, cercetătorii în
domeniul rețelelor infor matice au propus un nou concept de rețea fără fir, numit VANET, care
poate spori siguranța pasagerilor și poate oferi Monitorizarea drumurilor și politicilor. În
viitor, VANET va asigura un drum mai sigur și mai bine organizat și un număr mare de
aplicații pentru vehicule, de la sistemele de automatizare a transporturilor până la aplicații de
divertisment și de confort [Papadimitratos (2008)].

VANET [Olariu (2009)] este un fel de comunicare pe vehicul bazată pe tehnologia
rețelei fără fir pentru a stabili o rețea ad -hoc wireless între vehicule (a se vedea figura 1). În
1999, Comisia Federală de Comunicare (FCC) [Abdalla (2008)] a alocat un spectru de

48
frecvență pentru comunicațiile fără fir (V2R) de la vehicul la vehicul (V2R). Ulterior,
Comisia a înființat serviciul de comunicații pe distanțe scurte (DSRC) în 2003. DSRC este un
serviciu de comunicații care utilizează banda de frecvență 5.850 -5.925GHz (banda de 5.9
GHz) pentru utilizarea aplicațiilor private și a siguranței publice [http: // grouper .ieee.org ].
Scopul standardului DSRC este de a oferi capabilități de comunicații fără fir pentru sistemele
de transport într -o rază de 1000 de metri la viteze tipice ale autostrăzilor. VANET au câteva
caracteristici importante, cum ar fi nodurile care formează rețe lele sunt vehicule, mișcări
restrânse ale vehiculelor pe șosea, mobilitate ridicată a vehiculelor și schimbări rapide în
topologie și densitatea vehiculului care variază în funcție de timp. Deoarece topologia rețelei
din VANET se schimbă frecvent, găsirea și menținerea rutelor este foarte dificilă în VANET.
Pentru a facilita comunicarea într -o rețea, se utilizează un protocol de rutare pentru a găsi rute
fiabile și eficiente între noduri, astfel încât mesajul să fie transmis în timp util. Rutarea este
respo nsabilă pentru selectarea și menținerea rutelor și pentru redirecționarea pachetelor de -a
lungul rutelor selectate.
Rutele dintre nodul sursă și destinație pot conține mai multe hamei, această condiție este mai
complexă comparativ cu comunicarea unică. Ve hiculele intermediare (noduri) pot fi utilizate
ca routere pentru a determina calea optimă de -a lungul drumului.

Figura 28. Scenariu de rețele ad -hoc pe vehicule

Deoarece topologia rețelei de vehicule se schimbă frecvent și dinamic, găsirea și
menținerea rutelor este o sarcină foarte dificilă în VANET. Protocoalele tradiționale de rutare
bazate pe topologie [Jayakumar (2007)] nu sunt potrivite pentru VANET. Protoco alele de

49
rutare bazate pe poziții, cum ar fi GPSR, GPCR, GSR, A -STAR, CAR, MFR, Greedy Routing
etc., sunt mai potrivite decât alte protocoale de rutare. În ultimii ani, mulți cercetători au
propus o varietate de protocoale de rutare.

Comunicarea vehicul -vehicul (V2V )

Instalarea infrastructurii fixe pe șosele implică cheltuieli enorme, astfel încât va fi
necesară comunicarea V2V pentru a extinde gama efectivă de vehicule în rețea. Comunicarea
V2V [Zeadally (2010)] este comunicarea pur ad -hoc. Acest tip de comunicare este utilizat în
principal în aplicații de siguranță cum ar fi avertizarea de siguranță, informații despre trafic,
avertizare cu obstacole rutiere, avertizare de intersecție etc. În comunicarea V2V fiecare
vehicul este echipat cu GPS (Global Pos itioning System), senzori, dispozitive de rețea,
informațiile privind segmentul rutier și dispozitivele de calcul. Vehiculele își transmit
propriile mesaje de trafic și comunică cu vehiculele vecine prin transmiterea periodică a
mesajelor de baliză sau HEL LO. Comunicarea V2V utilizează atât tehnici de redirecționare a
pachetelor unicast, cât și multiple, între vehiculele sursă și destinație. Transmiterea unicast
înseamnă că un vehicul poate trimite / primi numai pachete către / de la vecinii săi direcți. În
timp ce redirecționarea multi -cast permite schimbul de pachete cu vehicule la distanță
folosind vehiculele intermediare ca relee. În comunicarea V2V (vezi figura 2 9) ambele tipuri
de redirecționare sunt utilizate pentru diferite tipuri de aplicații și protocoale. Standardul IEEE
802.11p este utilizat pentru comunicații V2V în medii de trafic extrem de mobile. Instalarea
infrastructurii fixe, cum ar fi punctele de acces, stațiile de bază, gateway -urile Internet etc. pe
drumuri, generează mari cheltuieli, astfel încât comunicarea V2V va fi necesară pentru
extinderea gamei efective de vehicule în rețea.

Figura 2 9. VANET: Comunicații V2V

50

Figura 30. Clasificarea protocoalelor de rutare

3.3.4 Protocoalele de rutare în comunicația V2V

Deoarece VANET -urile își schimba frecvent topologia rețelei fără informații
prealabile, rutarea în astfel de rețele dinamice este o sarcină dificilă. Protocoalele de rutare pot
fi în general clasificate în două categorii: Protocoale de rutare bazate pe topologie și
poziționar e pe bază de poziții (vezi fig.3 0).

Protocoale de rutare bazate pe topologie

Protocoalele de rutare bazate pe topologie depind de informațiile despre legăturile
existente din rețea și le folosesc pentru a efectua redirecționarea pachetelor. Protocoalele de
rutare bazate pe topologie pot fi subdivizate în protocoale proactive, reactive și hibride.
Protocoalele de rutare proactive (tabela) sunt similare cu schemele fără conexiuni ale rețelelor
tradiționale de datagram. Aceste protocoale utilizează strategii clasice de rutare, cum ar fi
rutarea distanței -vector (de exemplu, DSDV) sau ruta de legătură (de exemplu, OLSR), iar
orice schimbări în conexiunile de legătură sunt actualizate periodic în întreaga rețea.
Protocoalele proactive păstrează informații de ru tare despre căile disponibile în rețea, chiar
dacă aceste căi nu sunt utilizate în prezent. Principalul dezavantaj al acestor protocoale este că
menținerea căilor neutilizate poate ocupa o parte importantă a lățimii de bandă disponibile
dacă topologia rețe lei se schimbă frecvent. Cu toate acestea, protocoalele proactive nu pot fi
întotdeauna potrivite pentru rețele cu mobilitate înaltă, cum ar fi VANET. Protocoalele de
rutare reactivă (la cerere) (de exemplu, AODV, DSR) utilizează o abordare leneșă, prin ca re
nodurile mobile descoperă doar rute spre destinații la cerere. Aceste protocoale mențin doar
rutele care sunt utilizate în prezent, reducând astfel povara rețelei atunci când doar câteva din
toate rutele disponibile sunt utilizate în orice moment. Proto coalele reactive consumă adesea o

51
lățime de bandă mai mică decât protocoalele proactive, dar întârzierea determinării unei rute
poate fi substanțial mare. În protocoalele reactive, deoarece rutele sunt menținute numai în
timpul utilizării, este de obicei n ecesar să efectueze un proces de descoperire a ruturilor
înainte ca pachetele s ă poată fi schimbate între noduri. Prin urmare, aceasta duce la o
întârziere pentru transmiterea primului pachet. Un alt dezavantaj este că, deși întreținerea rutei
este limitat ă la rutele utilizate în prezent, aceasta poate genera în continuare o cantitate
semnificativă de trafic de rețea atunci când topologia rețelei se schimbă frecvent. În cele din
urmă, pachetele transmise către destinație pot fi pierdute dacă traseul către d estinație se
modifică. Protocolul de rutare hibrid (ZRP) combină atât abordări proactive, cât și reactive
pentru a obține un nivel mai ridicat de eficiență și scalabilitate. Cu toate acestea, chiar și o
combinație a ambelor abordări trebuie să mențină cel puțin acele rute de rețea care sunt în
prezent utilizate. Prin urmare, limitarea numărului de modificări topologice care pot fi tolerate
într-o anumită perioadă de timp. Cu toate acestea, VANET diferă de celelalte rețele prin
topologia sa foarte dinamică. Multe rezultate ale simulării au arătat că majoritatea
protocoalelor de rutare bazate pe topologie suferă de o natură extrem de dinamică a mobilității
nodului vehicul, deoarece aceștia tind să aibă o convergență slabă a traseului și o capacitate
redusă de comunicare. Protocoalele de rutare bazate pe poziții au fost identificate ca fiind
protocoalele de rutare mai potrivite pentru VANET -uri pentru a oferi performanțe mai bune și
a demonstra scalabilitate și robustețe față de schimbările topologice frecvente.

Protocoale de rutare pe bază de poziție

Poziția este una dintre cele mai importante date pentru vehicule. În VANET, fiecare
vehicul dorește să -și cunoască propria poziție, precum și poziția vehiculului vecin. Un
protocol de rutare care utilizează informațiile de poziție cunoscute sub numele de protocolul
de rutare bazat pe poziție. Protocoalele de rutare bazate pe poziții [Li (2007), Qabajeh (2009)]
au nevoie de informații despre locația fizică a vehiculelor participante. Această poziție poate
fi obținută prin mesaje de control sau balize transmise periodic către vecinii direcți. Un
expeditor poate solicita poziția unui receptor prin intermediul unui serviciu de localizare.
Protocoalele de rutare bazate pe poziții sunt mai potrivite pentru VANET -uri, deoarece se știe
că nodurile vehiculate se deplasează de -a lungul căilor stabilite. Din moment ce tabelele de
rutare nu sunt utilizate în aceste protocoale, prin urmare, nu se generează cheltuieli generale la
trasarea unui traseu.

52

Figura 31. Element ul principal al mesajului de control al balizelor

În VANET, traseul este compus din mai multe perechi de vehicule (legături de
comunicare) conectate între ele de la vehiculul sursă la vehiculul de destinație. Dacă
cunoaștem informațiile actuale ale vehicu lelor implicate în rute, putem anticipa pozițiile lor în
viitorul apropiat pentru a prezice legătura dintre fiecare pereche de vehicule din cale. VANET
este o rețea ad -hoc mobilă auto -organizatoare în care să obțină informații despre poziția
nodurilor veci ne, fiecare nod schimbând periodic o listă a tuturor vecinilor pe care îi poate
ajunge într -un singur hop, folosind un mesaj de control HELLO sau un beacon care conține
ID- locația, viteza și o marcă de timp (a se vedea figura 31). Unul dintre principalele avantaje
ale utilizării protocolului de localizare bazat pe poziție este caracteristica faptului că nu
necesită întreținerea rutelor, ceea ce este foarte potrivit pentru rețele foarte dinamice, cum ar
fi VANET.

Tabelul 12. Compararea protocoalelor de rut are

Protocoale de rutare bazate pe topologie Protocoala de rutare bazate pe poziții
Necesitatea întreținerii rutelor pentru
toate rut ele Nu este nevoie de întreținerea unui traseu

Solicitați o lățime de bandă mare dacă se
modifică topologia rețelei Nu necesită lărgime de banda mare
Decizia de transmitere se bazeaza pe
nodul sursă Decizia de transmitere se bazează pe poziția
de destinație si pe vecinul următor
Bazat pe schema de descoperire a rutelor Bazat pe schema de servicii de localizare
DSDV, OLSR, AODV, DSR, TORA, ZRP
etc. GPSR, A -STAR, AMAR, GyTAR, EBGR,
MFR, B -MFR, etc.

53
Protocoalele de rutare pe bază de poziție pentru comunicațiile V2V

Recent, unele protocoale de rutare bazate pe poziții, cum ar fi Greedy Perimeter Stateless
Routing ( GPSR), Adaptive Movement Aware Routing (AMAR), Improved Greedy Traffic
Aware Route (GyTAR), Edge Node Based Greedy Routing (EBGR) (B -MFR) au fost propuse
pentru rutarea specifică comunicațiilor V2V.

Protocolul de rutare perimetric fără perimetru (GPSR)

Protocoalele de rutare bazate pe poziții pentru VANET -uri depind în mare măsură de
cunoașterea pozițiilor vecinului. Aceste informații sunt actualizate periodic prin intermediul
mesajelor HELLO sau de baliză. În GPSR [Karp (2002), Raw (2010a)] (vezi imag inea 5) un
nod găsește locația vecinilor prin intermediul mesajelor HELLO și poziția destinației cu
ajutorul serviciului de localizare. GPSR cere ca fiecare nod din rețea să -și găsească poziția
curentă prin utilizarea unui receptor GPS care asigură locația curentă, viteza, ora curentă și
direcția vehiculelor. Cu toate aceste informații, un nod transmite pachetele primite către un
nod vecin apropiat de destinație, situat într -o regiune geografică. Acest mod de operare este
cunoscut sub numele de Greedy Forwa rding în care vecinul care se află cel mai aproape de
destinație este selectat ca nod al următorului hop.
În unele cazuri, când mesajele HELLO se pierd din cauza erorilor de transmisie
temporară, unele vehicule nu cunosc existența vecinilor săi. Cu toate acestea, în anumite
regiuni ale rețelei, poate apărea un maxim local atunci când un nod de expediere nu are vecini
apropiați de destinație decât de sine. În această situație, GPSR folosește o strategie de
recuperare avansată, numită rutare perimetrală, car e utilizează un algoritm de traversare a
graficului planificator pentru a găsi o ieșire din regiunea maxim ă locală. Deși acest avans,
luând în considerare doar informațiile despre poziție, poate duce la transmiterea pachetelor în
direcția greșită și, prin urmare, pierde, candidați buni care asigură livrarea lor. Deoarece
topologia unei rețele de vehicule în mediul urban sau urban este susceptibilă să atingă
maximul local, am avansat strategia de recuperare a rutei perimetrice în timpul experimentelor
noastr e.

Figura 32. Transmiterea lacomă (A este vecinul lui S cel mai apropiat de D).

54

Protocolul de rotație conștient de mișcare adaptat (AMAR)

În schema de rutare lacomă, un pachet este transmis nodului vecinului următor -hop
prin mod unicast. În această metodă, un nod expeditor găsește informațiile de poziție ale
nodurilor vecine și selectează nodul vecin care este cel mai apropiat de nodul de destinație ca
nodul următor. AMAR [Brahmi (2009)] este o mișcare Aware Greedy Forwarding (MAGF)
bazată pe schema de expediere lacomă pentru a selecta nodul următor -hop spre destinație.
Schema AMAR utilizează informații suplimentare despre mișcarea vehiculului pentru a
selecta următorul hop de pachet corespunzător care să asigure livrarea datelor. Această
schemă este potrivită pentru o rețea ad hoc vehicul mobilă foarte mobilă și chiar funcționează
mai bine în cazul unei eșecuri de transmisie lacomă pură. În AMAR fiecare vehicul își
calculează poziția, viteza și direcția prin utilizarea GPS sau a sistemului de navigați e. Apoi,
după rolul său semnificativ este de a acorda prioritate între vecini în timp ce se selectează un
nod next -hop pentru redirecționarea unui pachet. Ideea de bază a acestei abordări este de a
calcula un scor ponderat Wi care depinde de trei factori: poziția, viteza și direcția nodurilor
vehiculului. Acest scor ponderat Wi poate fi calculat de transportorul curent de pachete pentru
nodul vecin I, după cum urmează:

Wi =αPm+βDm+γSm (8)

Unde α, β și γ sunt greutatea celor trei valori utilizate Pm, Dm și Sm reprezentând respectiv
poziția, direcția și factorii de viteză cu α + β + γ = 1.

Transmisia AMAR conștientă de la mișcare îmbunătățește datele livrarea și exploatarea
conceptelor lega te de durata de viață a legăturilor pentru a aborda inexactitatea traseului
tradițional bazat pe poziții și, de asemenea, pentru a evita trimiterea de date către un vecin
vechi care a ieșit din gama de comunicare a vecinului.

Protocolul de rutare imbunata tit al traficului (GyTAR)
Improved GyTAR [Jebri (2006)] este un protocol de rutare bazat pe intersecții capabil
să găsească rute solide pentru comunicații V2V în mediile de trafic urban. GyTAR se bazează
pe o schemă de rutare pe bază de ancoră, cu conștien tizare stradală. Protocolul GyTAR
utilizează două metode de transmitere a pachetelor: (i) Intersecția sau Selecția joncțiunii: în
această metodă, GyTAR utilizează o intersecție prin care trebuie să treacă un pachet pentru a
ajunge la destinație. (ii) Metod a îmbunătățită de expediere greșită: Odată determinată
joncțiunea de destinație, îmbunătățirea transmiterii lacomi este folosită pentru a transmite
pachetele între două joncțiuni. GyTAR utilizează densitatea de trafic în timp real și
informațiile de predic ție a mișcării pentru a transmite pachetul către destinație în VANET prin

55
comunicații V2V. Prin urmare, protocolul GyTAR poate fi utilizat pentru a transmite pachetul
cu succes la destinație de -a lungul străzilor în care există un număr mare de vehicule pe ntru a
asigura conectivitate.

Edge nod bazat pe protocolul de rudenie lacom (EBGR)

EBGR [Prasanth (2009)] este protocolul de rutare bazat pe poziții bazat pe strategia de
expediere lacomă. Protocolul EBGR utilizează unicast pentru trimiterea mesajelor de la orice
nod la orice alt nod sau difuzare pentru trimiterea mesajelor de la un nod la toate celelalte
noduri din rețele extrem de dinamice. Această metodă selectează nodul de margine al
intervalului de transmisie limitat ca un nod de hamei următor pentru trimiterea mesajului de la
sursă la destinație. În această metodă, un pachet este trimis la nodul de margine cu luarea în
considerare a nodurilor care se deplasează în direcția destinației. În timpul transmisiei
pachetelor de la sursă la destinație, EBGR folosește trei metode de bază: (i) Metoda de
selectare a nodului vecinului (ii) Metoda de identificare a direcției nodului și (iii) Metoda de
selectare a nodului de margine. Prima metodă este responsabilă pentru colectarea
informațiilor tuturor vecinilor d irecți în cadrul domeniului de transmisie al nodului sursă. A
doua metodă este responsabilă pentru identificarea direcției de deplasare a nodurilor spre
direcția de destinație. În cele din urmă, a treia metodă este folosită pentru a selecta nodul de
margin e ca un nod următor în cadrul intervalului de transmisie pentru transmiterea în
continuare a pachetului. EBGR poate fi folosit pentru a minimiza numărul de hamei dintre
sursă și destinație și pentru a maximiza transferul de rețea .

Figura 33. Metoda de expediere B -MFR

Nodul de frontieră bazat mai mult pe protocolul de rutare a razei (B -MFR)

Metoda de redirecționare a următorilor clienți, cum ar fi o schemă de transmisie
lacomă pentru rețelele liniare, nu suportă bine în rețeaua ad hoc mobilă, cum ar fi rețeaua ad –
hoc vehicul. Prin urmare, pentru VANET s -au folosit alte protocoale bazate pe po ziții, cum ar

56
fi MFR, GEDIR, rutare Compass, pentru a -și îmbunătăți performanțele pentru o rețea
neliniară într -un mediu cu densitate ridicată a vehiculelor. Aceste protocoale pot fi
îmbunătățite în continuare prin utilizarea celui mai îndepărtat nod dintr -un singur hop într -o
rețea densă și extrem de mobilă. Nodul de frontieră bazat pe cea mai mare distanță în rază (B –
MFR) [Raw (2010b)] este un protocol de rutare bazat pe poziții care utilizează noduri de
frontieră cu proiecție maximă. B -MFR utilizează nod ul de frontieră pentru a evita utilizarea
nodurilor interioare din intervalul de transmisie pentru transmiterea ulterioară a pachetului.
Această metodă selectează nodul de frontieră ca nod al următorului hop pentru redirecționarea
pachetului de la sursă la destinație.
În această metodă, un pachet este trimis la nodul de frontieră cu cel mai mare progres
ca distanța dintre sursă și destinație proiectată pe linia trasată de la sursă la destinație. În fig.
6, nodul A este un nod de graniță al nodului sursă S, deoarece nodul A este poziționat la
domeniul maxim de transmisie și are distanța maximă de progres SA 'unde A' este proiecția A
pe SD. Prin urmare, A este selectat ca nod de forward -hop următor. Nodul A este nodul de
expediere următor -hop atunci când prim ește mesajul de la S. Utilizează aceeași metodă pentru
a găsi următorul nod de expediere cu cea mai mare distanță proiectată spre destinație. În acest
caz, nodul B este selectat ca nod de graniță A pentru redirecționarea pachetelor către
destinație. În fin al, nodul B livrează direct mesajul către nodul de destinație D.

3.3.5 Comparație și analiză

Obiectivul unui protocol de rutare este acela de a garanta o livrare sigură și eficientă a
pachetelor. Un algoritm de rutare poate fi evaluat pe baza unor metrici de p erformanță, cum ar
fi numărul de hops, rata de livrare a pachetelor, întârzierea finală la sfârșit și pachetele aeriene
necesare. Cu toate acestea, fiecare protocol de rutare pentru VANET are caracteristici și
cerințe diferite, potrivite pentru diferite sc enarii de trafic auto. Pentru comparație, am selectat
câteva protocoale de rutare bazate pe poziții, cum ar fi GPSR, AMAR, GyTAR, EBGR și B –
MFR. Tabelul 13 și 14 rezumă protocoalele de rutare discutate. GPSR folosește transmiterea
lacomă cu cea mai avansat ă strategie de recuperare numită mod perimetral. Însă GPSR care
utilizează modul perimetru este relativ incompetent în rețelele V2V foarte dense. GPSR are o
rată scăzută de livrare a pachetelor și o latență ridicată. De asemenea, GPSR are limitări în
privi nța numărului mare de hamei, a direcției greșite, a buclelor de rutare etc. AMAR este
transmisia lacomă conștientă de mișcare (MAGF), proiectată pentru a se potrivi cu cerințele
dinamice de rețea. AMAR depășește performanța GPSR în ceea ce privește raportu l de livrare
a pachetelor și întârzierea finală. Protocolul GyTAR îmbunătățit utilizează informații privind
densitatea traficului în timp real pentru a direcționa datele în VANET dinamice mari. Bazat pe
GPS, GyTAR își propune să transmită în mod eficient p achetele în rețelele de trafic rutier în
timp real. GyTAR atinge cel mai mare raport de livrare a pachetelor pentru diferitele noduri
din rețea în comparație cu GPSR și AMAR. B -MFR și EBGR sunt foarte potrivite pentru

57
VANET. Ambele pot minimiza numărul de hamei și pot livra pachetul la latență redusă. Dar
B-MFR este mai eficient decât EBGR, deoarece folosește doar nodul de frontieră exact pentru
a transmite pachetul de la sursă la destinație.

Tabelul 13. Compararea protocoalelor de rutare bazate pe poziții în V2V

Rutare pe
baza de
direcții Strategie de
expediere Strategie de
recuperare Informații
privind
poziția Model de
mobilitate Simulator de
rețea
GPSR Lapidare de
expediere Regula mâinii
drepte Trimiterea
pachetelor Oricare
punct de
drum Ns-2
AMAR Lapidare de
expediere Sensibilizarea
mișcării Trimiterea
pachetelor Necunoscut Ns-2
GyTAR Lapidare de
expediere Transporta și
transmite Trimiterea
pachetelor Model de
mobilitate
realistă Ns-2
EBGR Lapidare de
expediere Recunoașterea
nodului
terminal Trimiterea
pachetelor Model de
mobilitate
NCTUns
5.0
B-MFR Lapidare de
expediere Recunoașterea
nodului de
frontieră Trimiterea
pachetelor Model de
mobilitate
realistă NS-2

Tabelul 14. Performanțele protocoalelor de rutare bazate pe poziții

Metric Scăzut Mediu Înalt
Numărul de hop -uri B-MFR AMAR, GyTAR GPSR
Înțârzierea până la sfârșit B-MFR, AMAR AMAR, GyTAR GPSR
Rata livrării GPSR, AMAR GyTAR B-MFR, EBGR
Pachetul superior B-MFR, EBGR AMAR GPSR, GyTAR
Latența B-MFR, EBGR GyTAR, AMAR GPSR

58
Capitolul 4. LTE în scenarii Vanet

Conectivitatea wireless a mașinilor este obiectivul mai multor jucători, conduși de
beneficiile economice și sociale așteptate de la aplicațiile sistemelor de transport inteligente
(ITS) care sprijină siguranța rutieră și eficie nța traficului prin comunicațiile vehicul -vehicul
(V2V) și vehicul -infrastructură (V2I). Aplicațiile de sigurață se bazează pe transmisiunea
broadcast a unor mesaje scurte în vecinătatea unui vehicul pentru a reduce fatalitate;
aplicațiile de eficientizare a traficului necesită suportul unitățlor de drum (RSU) cu capacități
de comunicare pentru a trimite actualizări periodice la centrele de control al traficului de la
distanță. Aceste aplicații prezintă unele caracteristici unice, în ceea ce privește modele le de
generare, cerințe de livrare, care contestă soluțiile wireless existente.
IEEE 802.11p este standardul care suportă aplicațiile ITS în rețelele VANET.
Implementare ușoară, costuri reduse, tehnologie matură, și capacitatea de a sprijini
comunicațiile V2V în modul ad hoc sunt printre avantajele sale. Cu toate acestea, această
tehnologie prezintă probleme de scalabilitate, întârzieri mari, si lipsa de calitate a serviciului
QoS. Mai mult decât atât, din cauza distanței radio limitate și fără o infrastru ctură de
comunicații a drumului omniprezentă, 802.11p poate oferi doar conectivitate intermitentă și
de scurtă durată. Preocupările menționate mai sus motivează interesul în creștere asupra LTE
ca o posibilă tehnologie de acces care să suporte comunicațiil e în medii vehiculare. LTE este
cea mai promițătoare tehnologie wireless de bandă largă, care oferă viteze mari precum și
latență joasă pentru utilizatorii mobile. La fel ca toate sistemele celulare, acesta poate
beneficia de o arie largă de acoperire, rat ă de penetrare mare, și răspuns din partea
terminalelor de mare viteză. Extinderea utilizării sale pentru a sprijini, de asemenea,
aplicațiile vehiculare ar deschide noi oportunități de piață pentru operatorii de telecomunicații
și furnizorii de servicii.V ehiculele sunt pe al treillea loc, după locuințe și birouri, unde
cetățenii își petrec cel mai mult timp al zilei.
Într-adevăr, LTE răspunde cerințelor de lățime de bandă mare și cerințele QoS –
sensibile ale unei categorii de aplicații de circulație pentru vehicule cunoscute sub numele de
infotainment (informații și divertisment) care includ aplicațiile tradiționale și emergente pe
Internet (de exemplu, conținutul de download, streaming media, VoIP, navigarea pe web ,
rețele de socializare, blog -uri, jocuri de noroc, acces cloud). În orice caz, capacitatea sa de a
sprijini aplicațiile concepute în mod specific pentru mediul vehicular pentru a furniza servicii
de siguranță rutieră și de eficiență a traficului este încă o problemă deschisă.
Principala preocupar e vine de la faptul că LTE are o arhitectură centralizată:
transmisiunea trece întotdeauna prin nodurile de infrastructură, chiar dacă tot ceea ce este
necesar este un schimb de date V2V localizate, ca și pentru aplicații critice de siguranță, cu
consecinț e negative asupra latenței mesajului. În plus, în zonele cu trafic intens, sarcina
încărcată provocată de transmisii de mesaje periodice de la mai multe vehicule poate fi o
problemă pentru capacitate LTE și poate afecta livrarea aplicațiilor tradiționale. Aceste

59
subiecte sunt în curs de investigare de către grupuri specializate de standardizare și de către
guvern. Institutul European de Standarde în Telecomunicații (ETSI), Organizația
Internațională pentru Standarde , și Departamentul de Transport SUA (DO T) investighează în
prezent rolurile complementare ale 802.11p IEEE, LTE, precum și alte tehnologii celulare în
sprijinirea aplicațiilor ITS. Lucrările timpurii de evaluare a eficienței comunicațiilor care
implică vehicule pot fi, de asemenea, găsite în li teratura de specialitate. În primul rând, stadiul
actual al tehnicii utilizate de LTE pentru mediile de circulație se deduce din literatura de
specialitate și din documentele standard. Sunt discutate provocări, si sunt formulate predicții
despre posibilul rol al tehnologiei LTE în furnizarea de servicii pentru vehicule

4.1 Aplicații VANET si tehnologii aferente

În afară de infotainment, un set de aplicații unice au fost concepute pentru utilizatorii de
vehicule și clasificate în funcție de obiectivele lor, p recum siguranța rutieră activă și eficiența
traficului. Aplicațiile de siguranță rutieră vizează reducerea riscului de accidente rutiere, și au
ca cerințe principale promptitudinea și fiabilitatea. Există două tipuri principale de mesaje de
siguranță car e au fost standardizate, transmisiile care pot fi periodice sau declanșate de un
eveniment. În documentele ETSI, acestea sunt, respectiv, menționate ca mesaje de avertizare
(CAMs) și mesajele de notificare ale mediului descentralizat (DENMs), iar mesajele de bază
pentru siguranță (BSM) sunt folosite în terminologii pentru ambele mesaje periodice și
declanșate de evenimente. Mesajele CAM sunt mesaje scurte difuzate în mod periodic de la
fiecare vehicul către vecinii săi pentru a furniza informații de prezenț ă, poziție, cinematică și
starea de bază. DENM sunt mesaje scurte declanșate de un eveniment, mesaj ce este transmis
pentru a avertiza utilizatorii drumurilor de un eveniment periculos. Principalele cerințe ale
mesajelor CAM și DENM sunt prezentate în tabe lul 6, împreună cu cazurile de utilizare
relevante identificate de ETSI.

Cerințe de siguranță

CAM
 Transmisii periodice
 Frecvență – 1-10Hz
 Lungime – până la 800 de bytes, în funcție de aplicație
 Se folosesc pentru a indica: situa ții de urgenta, aglomerația, riscul de coliziune,
limitările de viteză
DENM
 Transmisii declanșate de un eveniment
 Latență maximă -100ms
 Lungime – de obicei mai mică decât în cazul CAM

60
 Se folosesc pentru a indica : avertizare în cazul confuziei drumului , accident, probleme
în traffic, lucrări de drum, precipitații /vânt, vizibilitate redusă, risc de coliziune

Ambele mesaje CAM și DENM sunt transmise către vehicule într -o anumită regiune
geografică: imediata vecinătate (interval de conștientizare) pentru CAM iar zona (zona
relevanta) posibil afectată de un eveniment neobișnui (congestie, avertizare avarie etc.), care
se poate întinde câteva sute de metri, pentru mesajele DENM. Capacitatea de a transmite un
mesaj către nodurile care îndeplinesc un set de criterii geogr afice se numește geocast și
reprezintă, împreună cu fiabilitate și transmisie cu latență scăzută, o cerință esențială a
aplicațiilor tipice vanet temporale și spațiale -relevante.
Aplicațiile de eficiență a traficului urmăresc optimizarea fluxurilor de vehi cule prin
reducerea timpului de deplasare și a congestionării traficului. Aceste aplicații nu au cerințe
stricte cu privire la întârziere și fiabilitate, dar calitatea lor se degradează cu creșterea
peierderilor de pchete și a întârzierilor.
Mai multe teh nologii wireless au fost analizate în calitate de candidați pentru a susține
aplicațiile menționate printr -o comunicare V2V și V2I.

4.2 LTE ca soluție pentru suportul aplicațiilor VANET

Sunt câteva motive pentru care LTE are o mare aplicabilitate în mediile vehiculare; cele
mai importante probleme sunt discutate in cele ce urmează:

 ACOPERIRE ȘI MOBILITATE
LTE se bazează pe o implementare capilară formată din NodeB -uri, într -o infrastructură
a unei rețele de telefonie mobilă care oferă o acoperie pe o arie extinsă. Acest lucru ar rezolva
problema impusă de 802.11p de conectivitate slabă, intermitentă, și de scurtă durată iar acest
lucru ar recomanda LTE pentru comunicațiile V2I (vehicule la infrastructură) chiar și la viteze
foarte mari. Explorarea infrastr ucturii LTE ar reprezenta, de asemenea o soluție viabilă pentru
a elimina fragmentarea rețelei și să extindă conectivitatea în acele scenarii în care
comunicațiile directe V2V nu sunt suportate din cauza densitații scăzute a vehiculelor (în
afara orelor de vârf, scenariile rurale, etc.) sau din cauza problemelor ce țin de condițiile de
propagare( ex: efectul de colț, din cauza obstacolelor de constructive in intersecții rutiere).

 INTRODUCEREA PE PIAȚĂ
O mai bună introducere in piață este asteptată din part ea LTE -ului în comparație cu
802.11p. interfața de reațea LTE va fi integrată în dispozitive comune ale utilizatorilor, cum
ar fi telefoanele inteligente, astfel încât pasagerii să se obișnuiască să fie conectați la internet
prin intermediul acestor disp ozitive și în timpul mersului cu mașina.

61
 CAPACITATE
LTE oferă capacitate mare de downlink și uplink (pană la 300 si 75Mb/s, respectiv pană la
1Gb/s pentru LTE -A), care pot să susțină câteva vehicule pe celulă. Aceste valori sunt mai
mari decat valorile re găsite in 802.11p, care oferă o rată de transfer de până la 27Mb/s. Pe de
altă parte, unele aspecte critice, ridică îngrijorari cu privire la aplicabilitatea rețelei LTE în
susținerea cererii impuse de aplicațiile vehiculare.

 ARHITECTURĂ CENTRALIZATĂ
Principala preocupare provine din cauza arhitecturii centralizate, care în mod normal
nu suportă comunicațiile V2V, din cauza faptului că este necesar să se transmită prin noduri
de infrastructură în rețeaua centrală, care ar trebui să intercepteze trafic ul de uplink înainte sa
îl distribuie la vehiculele in cauză. Un semnal slab transmis broadcast în toată celula poate
ajunge la vehicule care nu sunt vizate. Prin urmare, entitățile de rețea specializate ( de
exemplu, servere de back end), precum și alte e lemente ale rețelei centrale ar trebui să fie
implicate, precum și politici concepute pentru transmiterea mesajelor ITS.

 CANALELE ȘI MODURILE DE TRANSPORT
Modul de transport pe legătura de downlink (unicast sau broadcast) și canalele de
transport uplink s au downlink( canale dedicate sau comune) au un efect asupra întarzierii și
capacității în funcție de numărul de vehicule per celulă.

 STAREA DISPOZITIVULUI
Latența este dependentă, de asemenea, și de starea terminalului mobil. În scopul de a
economisi resu rse, rețelele celulare sunt configurate pentru a menține terminalele inactive
atunci când nu sunt în folosință, dar configurarea conexiunii impune ca ele sa fie în modul
active, conectate înainte de a trimite date. Acest lucru poate duce la o întârziere m ai mare
decât în cazul unei simple transmisiuni. Vehiculele trebuie să fie în modul conectat pentru a
trimite periodic mesaje CAM, în timp ce, în cazul unor incidente, transmiterea mesajelor
DENIM necesită ca un vehicul să treacă din modul idle în modul co nectat.

Figură 33. Livrarea mesajelor unicast (stânga) și multicast (dreapta).

62
Doar vehiculele din zona de interes(zona rectangulară roșie) primesc mesajele .

4.3 Aplicații pentru siguranța traficului rutier

Aplicațiile pentru siguranța necesită periodic schimb de mesaje V2V în aria vehiculului
(acest lucru se aplica în cazul CAM) sau în cazul comunicațiilor din cauza unor evenimente
V2V si V2I (cazul DENMS). La momentul actual ETSI SI SIO investighează abilitatea LTE
și capacitatea de a sprijini aceste a plicații de cooperare;
Schimburile între mesajele CAM și DENM implică transmisiunea de la vehicul la
nodurile de infrastructură, precum și distribuția continuă către vehiculele in cauză. În ceea ce
privește modurile de transport, unicast este întotdeauna utilizat pentru transmisiunea de
uplink, în timp ce atât unicast cât si broadcast pot fi folosite pentru downlink prin aplicarea
capabilităților MBMS. În cazul canalului uplink, problema constă în selectarea celui mai
adecvat tip de canal fără să apară ri scuri de congestie. Canalul de acces (RACH) este un
canal uplink comun de transport, de obicei utilizat pentru semnalizare și pentru a transmite
cantități mici de date, cum ar fi mesajele CAM și cele DENM. În cazul downlink, modul
broadcast este mai eficie nt din punct de vedere al resurselor decât modul unicast, cu toate că
ar putea implica inârzieri mai mari datorate configurării sesiunii MBMS. În ambele cazuri,
specificațiile ETSI prevăd prezența unui server de back -end special conceput, care suportă
geocasting, prin interceptarea traficuluide la vehicule și de prelucrare și procesarea lui înainte
de a-l distribui doar la vehiculele în cauză într -o anumită zonă geografică.
Pentru a putea identifica vehiculele în cauză într -un anumită zonă și să acționez e ca un
reflector, serverul de back -end trebuie să cunoască lista zonelor geografice, coordonatele lor,
mașinile din orice zonă, în orice moment, și adresele lor IP, precum și poziția lor. În
conformitate cu specificațiile ETSI, de fiecare dată când veh iculele trec la o nouă zonă,
serverul le informează în legatură cu coordonatele geografice actuale ale acestora.
Dimensiunea ariei poate varia de la o aplicație la alta, afectând astfel semnalul . Apoi,
indiferent de locația servelului, datele sunt distr ibuite la vehiculele în cauză prin intermediul
MBMS sau prin conexiuni unicast multiple. Diferite abordări pentru implementarea serverului
au impact deosebit in procedura de semnalizare, după cum s -a specificat în . Dacă serverul
este instalat în rețeaua d e bază a operatorului de telefonie mobilă, atunci poate schimba
informații despre locație cu modulul MME existent în arhitectura LTE , care primește în mod
regulat actualizări ale locației de la vehiculele conectate. Dacă serverul este localizat în
Interne t și, prin urmare, decuplat de la rețeaua opratorului, fiecare vehicul susține o conexiune
directă la server și trimite regulat actualizări cu privire la poziția acestuia.
Figura 33 prezintă exemplu al procedeului de distribție a mesajelor DENM cu ajutoru l
serverului. În cazul distribuției unicast (stânga), vehiculele sunt adresate în mod individual,
astfel încât același mesaj este transmis separat pentru toate vehiculele în cauză. În cazul de
difuzare / multicast (dreapta), toate vehiculele din zona respe ctive sunt abordate, în mod

63
colectiv, prin adresare geografiă care depinde de poziția geografică a nodurilor, și o
transmisiune a mesajelor este realizată bazându -se pe caracteristicile MBMS (linii punctate in
Figura 34 ). În ambele cazuri, latența ar putea devei o problemă, în special pentru localizarea
comunicțiilor critice de sigurantă V2V.

Figură 34. Distribuirea mesajelor DENM

Chiar și în cazul mesajelor CAM, trebuie să traverseze întreaga infrastructură pentru o
distribuție multicast. În fig ura 33, serverul de back -end se adresează în mod colectiv tuturor
vehiculelor din aria respectivă ( A si B). Din contră, în fig ura 34, atunci când o rețea EEE
802.11p este disponibilă,o singură transmisie broadcast poate fi folosită pentru a distribui
mesajul de la un vehicul în raza lui de acțiune(în cazul mesajelor CAM) sau în zona de
relevanță (în cazul mesajelor DENM).

4.3.1 Mesaje CAM
Principala provocare în sprijinirea mesajelor CAM este de a evita suprasolicitarea
sitemului cauzată de cantitați enorme de trafic transmis frecvent( de obicei, la fiecare 100ms)
de un număr mare de vehicule. Acest lucru este critic în special în zonele dense, cum ar fi
centrele orașelor sau în timpul orelor de vârf. Rezultatele analitice arată că LTE nu poate
satisface cerințele de livrare a mesajelor CAM, atunci când o stație eNodeB retransmite toate
mesajele CAM primite, la fiecare vehicul din celulă în mod unicast. Rezultate similare sunt
obținute atunci când eNodeB transmite unicast mesaje CAM către fiecare vehicul în cea mai
apropiată arie. Îmbunătățiri pot fi obținute prin transimiterea mesajelor CAM în celula în mod
broadcast. Se poate îmbunătățiu transmisia unicast în downlink cu scheme de filtrare în scopul
de a reduce sarcina și pentru a îndeplini cerințele de întârziere CAM . Filtrarea se bazează pe

64
faptul că nu toate vehiculele dintr -o celulă trebuie să primească toate mesajele CAM. Prin
urmare, pe baza informațiilor primite privind localizarea vehiculelor, serverul de back -end
selectează un subset de vehicule care să prime ască mesaje CAM pe linkurile unicast.
Rezultatele obținute în scenarii urbane și rurale arată că un numar mare de vehicule per celulă
poate fi suportat atunci când rata mesajelor CAM scade la 2 pachete/s. Se sugerează în cele
din urmă utilizarea MBMS ca me todă de a crește capacitatea de downlink, așa cum autorii au
afirmat în articolul , unde susțin utilizarea complementară a sistemelor celulare si 802.11p
pentru a transmite succesiv mesajele CAM primite pe legătura de downlink în intersecții de
drumuri, u nde 802.11p poate suferi de pe urma interferențelor cauzate de clădiri.
Ipoteza principală menționată mai sus este că în LTE, capacitatea este exclusiv
utilizată pentru mesajele CAM, fară să ia în considerare alte evenimente din trafic cu cerințe
QoS difer ite, cum ar fi voce sau video, transmise în mod obișnuit peste LTE. În investigații
ulterioare este necesar să se analizeze:
 Interfața comună între CAM și alte tipuri de trafic
 Efectul clasei QoS alese de LTE pentru a suporta CAM
 Eficacitatea tehnicilor d e planificare desfășurate la eNodeB -uri

Figura 35. Distribuirea mesajelor DENM și CAM în 802.11p. Mesajele sunt distribuite broadcast prin
comunicatii V2V

4.3.2 Mesaje DENM

Mesajele DENM generează o sarcină a traficului mai scăzută în comparație cu
mesajele CAM; astfel, capacitatea celulei este folosită temporar și parțial. De fapt, mesajele
DENM, generate ca o reacție la un pericol, are o durată de viață limitată, iar număr ul de
transmițători este semnificativ mai mic comparativ cu CAM. Principala provocare este legată
de transmiterea simultană a mesajelor de avertizare de către toate vehiculele care detectează
un posibil pericol( ex: drumuri alunecoase; pot fi detectate ev enimente de coliziune și
avertizate de fiecare vehicul care trece prin zona respectivă). În acest caz, din nou, serverul de

65
back-end joacă un rolul crucial ca reflector și agregator. Poate filtra notificările de uplink ale
evenimentelor conform cu locația evenimentului, data si ora, și trimite un singur mesaj
consolidat. Aceasta din urmă caracteristică permite serverului să deducă o imagine de
ansamblu mai bună a condițiilor de drum. O astfel informație adaugată , la distanță, care
urmarește evenimente, po ate fi oferită numai într -o arhitectură centralizată.
În plus , vehiculul detectat primește o notificare implicită de confirmare la același
eveniment pe legătura de downlink, așa că nu are nevoie să repete aceeași transmisie DENM
de căteva ori. Prin urmare , scalabilitatea sistemului este imbunătățită, resursele canalului sunt
salvate, și congestia evitată pe legătura de uplink. Ca un beneficiu suplimentar, acoperirea
celulară extinsă garanteaza, de asemenea propagarea mesajului atunci când nu există niciun
vehicul prin apropiere pentru a primi mesajul. De aceea,transmiterea mesajelor DENM peste
LTE duce la o soluție mult mai fiabilă, într -un sistem liber, în cazul în care sunt generate doar
mesaje DENM. Traficul este genrat dintr -un singur vehicul care tr ansmite un mesaj DENM
către o stație de bază, care îl retransmite în repetate rânduri către toate vehiculele din celulă
prin MBMS. Diferite scheme de downlink sunt comparate, arătând că schemele care satisfac
cerințele QoS combat constrângerile de întârzie re DENM.
4.4 Adaptarea tehnologiei LTE la cerințele aplicațiilor VANET

Literatura de specialitate oferă o serie de rezultate preliminare, limitat la cazurile mesajelor
CAM, DENM și supotul FCD și mai ales în ipotezele simpliste cum că nu ar mai fi alte tipuri
de trafic în sistem și nicio politică de planificare specifică la eNodeB.
Pe scurt am reținut că:
►În ceea ce privește mesajele DENM, LTE poate mări abilitate de a consolida
numeroasele notificări provenite de la toate vehiculele dintr -o anumită zonă, și să difuzeze
informații utile numai într -o anumită zonă, cu efect e pozitive asupra scalabilității sistemului,
să evite congestia, și să aibă fiabilitate de livrare.
►Transmiterea mesajelor CAM prin LTE poate suferi din cauza performanțelor
scăzute de uplink în ceea ce privește latența mesajlui și posibila congestiona re; cu toate astea,
LTE oferă avantaje în ceea ce privește acoperirea în zone ostile cum ar fi: intersecții, unde
obstacolele precum clădirile pot să obstrucționeze câmpul de transmitere între toate
vehiculele. Pe scurt, LTE oferă suport limitat pentru CA M, cu condiția să poată controla
regula CAM pentru a evita congestia.
►Considerații cu privire la transmisiile CAM sunt valabile, de asemenea și pentru
FCD pe lagatura de uplink LTE. Acestea ar putea supraîncărca cu ușurință rețeaua, din cauza
transmisii lor periodice. Cu toate acestea, spre deosebire de CAM, mesajele FCD nu trebuie
transmise de către toate vehiculele. Studiile au demonstrat că informația de trafic colectata
este fiabilă chiar dacă un mic procentaj din vehicule transmit periodic FCD.
►Transmisia unicast a mesajelor este mai puțin eficientă din punct de vedere al
resurselor decât în cazul transmisiei prin MBMS, dar prezintă un avantaj în ceea ce privește

66
întârzierile, din moment ce procedurile de configurare multicast pot fi evitate, care sunt
deosebit de greoaie sub sarcină cu trafic intens.
►Serverul de back -end joacă un rol important în comunicațiile V2V. Încărcătura de
semnalizare a comunicațiilor vehicul -la-server sau cea din interiorul rețelei, care este de
asemenea dependent de loc ația serverului, precum inteligența necesară a serverului variază în
funcție de aplicațiile vehiculare. Pe langă reflectarea și agregarea mesajelor,serverul poate
avea grijă să repete un mesaj atâta timp cât un eveniment persistă astfel informația este
actualizată și pentru vehiculele ce tocmai au intrat în aria respectivă.
Multe alte provocari în ceea ce privește capacitatea rețelei LTE de a sprijini aplicațiile
vehiculare descrise, implică o analiză mai profundă.Unele dintre ele sunt concepute special
pentru rețelele vehiculare, în timp ce aletele sunt accentuate în mediul vehicular. Cele mai
importante aspecte sunt evidențiate mai jos, în tabel.

Tabelul 15. Un rezumat al principalelor probleme de implementare pentru a sprijini livrarea
aplicațiilor VANE T prin intermediul tehnologiei LTE

Funcții Probleme fundamentale Beneficii așteptate
MBMS Rol de backend server, sarcină și
implementare pentru adresare în
funcție de poziție Propagare eficientă a mesajelor
CAM și DENM
Programare Mapare corectă a modelelor de
trafic deja existente Suport QoS și diferențiere
D2D Politicile de gestionare a resurselor
radio pentru a minimiza interferența
în condiții de mobilitate
Posibilitatea de selectare a modului
de comunicare pentru D2D Localizate de comunicații V2V
(de exemplu, CAMs)
MTC Transmiterea eficientă a unor
cantități mici de date cu un impact
minim asupra rețelei Gestionarea mai ușoară a unor
aplicații ITS (cum ar fi DGF)
Dispozitiv îmbunătățit Alimentat cu bateria vehiculului Economie de baterie
Flexibilitatea oferită de
comunicații multi -tehnologie
Modele de afaceri Asigurarea accesului serviciilor cu
valoare adăugată Nr. mai mare de abonați
Mai mare rentabilitate a
investițiilor

Suportul multicast/broadcast

MBMS este o soluție promițătoare pentru aplicațiile de siguranță rutieră. Cu toate
acestea, pentru ca MBMS să suporte geocasting, este necesar un server de back -end, cu
capacitate de mesagerie geografică, al cărui rol, sarcini și probleme de implementare t rebuie
să fie specificate în arhitectura LTE. Atunci când MBMS operează împreună cu acest server
de back -end, doar receptoarele sunt adresate fară încărcarea inutilă a rețelei . Dezavantajul ar
putea fi reprezentat de semnalizarea excesivă din cauza proce durii de cerere a utilizatoului la

67
serviciile multicast care sunt efectuate per -utilizator. De acum înainte, ar trebui concepute
proceduri ușoare pentru a se potrivi mai bine cerințelor de întârziere ale aplicațiilor
vehiculare, în special atunci când trebuie servite mai multe grupuri multicast largi, distincte și
dinamice.

Suportul obișnuit V2V

În mod normal, comunicațiile V2V nu sunt suportate în LTE, de aceea noduri de
înfrastructură trebuie implementate pentru a distribui mesajele între vehicul e. Cu toate
acestea, , cercetarea este în curs de desfășurare pentru a permite comunicarea directă
dispozitiv -la-dispozitiv (D2D) în LTE -A. În modul D2D, terminalele din imediata apropiere
pot comunica direct și pot să transfere resurse eNodeB. D2D ar fi o soluție atractivă pentru
schimbul de date locale pentru vehicule, dar mai multe aspecte ar trebui abordate pentru ca
D2D să fie cu adevărat eficient în mediile de circulație pentru vehicule. Politicile de
gestionare a resurselor radio ar trebui să contro leze interfața dintre comunicațiile celulare și
D2D având în vedere mobilitatea mare a dispozitivelor. Mai mult, decizia privind modul de
comunicare a vehiculeleor( celulară sau D2D) ar trebui să considere gama de măsurare D2D
admisibilă în funcție de dist anțele diferite vehicul -eNodeB.
 Să nu cauzeze interferențe dăunătoare stațiilor din apropiere
 Să garanteze difuzarea mesajelor rutiere pe o suprafață care poate să varieze
chiar și până la câteva sute de metri

4.4.1 Planificarea pachetelor și calitatea servicii lor

Cercetările s -au axat pe proceduri de planificare a pachetelor LTE care trebuie să
satisfacă obiectivele în ceea ce privește eficiența ridicată a spectrului, debitul și claritatea. Cu
toate acestea, tehnicile de planificare concepute pentru comunicații H2H nu pot fi aplicate
direct în aplicațiile vehiculare. În acest caz, planificarea eficientă este deosebit de importantă
pentru legatura de uplink, care ar putea fi o limitare a resurselor de date in rețele foarte
populate. Pe legatura de dow nlink, în schimb, efortul este de a oferi transmisiune în modul
broadcast eficientă și fiabilă, care coexistă cu modul convențional unicast. În strânsă legătură
cu problemele de planificare este și maparea aplicațiilor vehiculare în clasele QoS LTE.
Există un consens larg cu privire la presupunerea că mesajele DENM trebuie tratate cu cea
mai mare prioritate, dar nu este sugerată nicio mapare QCI. Acest lucru este, în principal,
deoarece se presupune că aplicațiile vehiculare trebuie să fie utilizate într -un sistem fară LTE
pentru a evalua capacitatea celui mai bun sistem. Una peste alta, tehnicile de planificare
“cross -layer” care reprezintă mobilitatea nodului și a modelelor de generare a traficului, și
noile clase QoS ar putea fi luate în considerare pe ntru a se potrivi cu cerințele aplicațiilor
vehiculare fară a afecta comunicațiile H2H.

68
Îmbunătățiri la standard și arhitecuri

Pentru a permite rețelei LTE să sprijine aplicațiile pentru siguranța rutieră și cererile
de eficiență a traficului, sunt nece sare unele modificări la standarul și arhitecurile actuale. De
exemplu, în modelul de referință ITS al unei stații, trebuie adăugate detalii în modul de
interfațare a tehnologiei de acces LTE. Introducerea LTE ca o tehnologie de acces adițională
ar avea ne voie de unele modificări ale specificațiilor descriese în tabelul 1. De exemplu,
serviciul de avertizare al vehiculelor de urgenț ă, bazat în prezent pe mesaje CAM, poate fi
îmbunatățit prin utilizarea mesajelor DENM în rețele celulare. În acest caz poziți a vehiculului
de urgență ar putea fi utilizată de serverul de back -end pentru a transmite mesaje DENM
către mașinile din apropierea vehiculului, dar și dincolo de raza de acoperire a mesajelor
CAM, prin urmare, permițând deplasarea mai rapidă a vehicululu i de urgență.

Comunicații pentru susținerea aplicațiilor pentru mașini

3GPP lucrează la evoluția LTE -A pentru a se adapta cerințelor de comunicații de tip
mașină (MTC) eventual care implică un număr foarte mare de dispozitive autonome de
comunicare (far a intervenția omului) schimbând cantități mici de date. Este important de
analizat relația acestora cu activitațile de standardizare ITS. De altfel, câteva aplicații
vehiculare, precum FCD, diagnosticarea vehiculului, și managementul flotei, care înseamnă
colectarea datelor de la senzorii din vehicule și transmisia lor către un server la distanță, sunt
considerate ca MTC . Soluțiile studiate în 3GPP pentru transmiterea eficiența a cantităților
mici de date care să aibă un impacact cât mai mic asupra rețelei ( semnalizarea excesivă,
resursele rețelei, intârzieri) prezintă de asemenea beneficii promițătoare în sprijinirea
aplicațiilor ITS peste LTE -A. Conectivitate LTE poate fi furnizată cu ușurință prin
intermediul dispozitivelor comune ale utilizatorilor, c um ar fi telefoanele inteligente. Deși
testele au demonstrate rolul telefoanelor inteligente și a aplicațiilor mobile în aplicațiile
vehiculare, utilizarea în general în acest scop este discutabilă. Preocupările majore vin din
cauza mai multor factori prec um: posibilitatea ca șoferul sa fie distras, natura dispozitivelor
de a fi alimentate cu baterii care necesită realizarea unor protocoalele și circuite pentru
economisirea energiei, starea temporală de disponibilitate a acestor dispositive (dacă acestea
rămân fără baterie, sau dacă sunt ocupate din cauza unui apel de voce). Ca o soluție
alternativă, ar putea fi utilizat echipamente hardware dedicate, adică, o unitate la bord care să
fie alimentată de la bateria vehiculului, și înzestrat cu una sau mai mult e interfețe radio ( de
exemplu, IEEE 802p, LTE, sisteme de poziționare, în conformitate cu stația ITS – ETSI). În
ciuda încercărilor preliminare, industria de automobile nu vede necesitatea de a implementa o
platformă de rețea atât de scumpă pentru vehicul e exceptând cazul în care ar fi conceput un
model de afaceri convenabil și stabil.

69
Costuri de conexiuni și modele de afaceri

Pe lângă aspectele tehnice discutate, ar trebui de asemenea tratate probleme
economice. Din moment ce LTE operează in spectrul l icențiat, proprietarilor de vehicule le
pot fi percepute costuri de comunicare pentru schimbul de date. Costurile ar putea sa nu fie
neglijabile in cazul in care traficul de date este mult și frecvent, așa cum se întâmplă în cazul
mesajelor FCD si CAM. În ciuda difuziei conectivității la Internet care este permanentă,
conectivitate încurajată de abonamentele telefonice, utilizatorii ar putea fi reticicenți dacă ar
trebui să plăteascaă și costuri de comunicare, doar dacă ar fi furnizate servicii cu valoare
adăugată atractivă. Valoarea de piață asociată cu asigurarea serviciilor vehiculare poate fi
uriasă; prin urmare noi modele de afaceri ar trebui sa implice ambele parți: operatori telco,
autorități de transport rutier, furnizori de servicii și utilizatori.
O discuție suplimentară este necesară pentru proiectarea arhitecturii, implementarea
dispozitivelor vehiculare, precum și gestionarea resurselor. Standardizarea implică contribuția
de la diferite părți spre o soluție ce implică un o rețea integrate și sin ergetică care intărește
punctele forte ale rețelei LTE, 802.11p, și dezvoltarea paradigmelor de comunicare precum
mașină -mașină pentru a se potrivi cu cerințele specifice ale cazurilor de utilizare a
vehiculului. În același timp, modele eficiente de afacer i ar trebui specificate pentru a sprijini
utilizarea pe scară largă a tehnologiei LTE pentru aplicațiile ITS. Nimeni nu ar fi de accord să
plătească, doar dacă pot fi furnizate servicii extrem de fiabile și la un cost atractiv.

70

Capitolul 5. Evaluarea performanțe lor LTE în scenarii VANET

5.1 Mediul de simulare
Toate simulările au fost efectuate într -un simulator MATLAB, dezvoltat de
Universitatea Tehnică din Viena (Technische Universität Wien) și care poate fi accesat prin
link-ul următor: http://www.nt.tuwien.ac.at/ aboutus/staff/josep -colom -ikuno/lte -simulators/
pentru a -l folosi gratis în scopuri academice, non -comerciale. Au fost folosite cele mai recente
versiuni ale simulatorului LTE System Level (v1.6r885) și simulatorul LTE Link Level (v1.9
– Q2 – 2016).
Simulatorul poate efectua simulări atât la nivel fizic (nivel de legătură) cât și la nivel de
rețea (nivel de sistem). Simulările la nivel de legătură permit investigarea și configurarea
parametrilor specifici, cum ar fi câștigul. Simulările la nivel de si stem se concentrează mai
mult pe problemele legate de rețea, cum ar fi programarea, managementul interfețelor și
gestionarea mobilității, investigând astfel performanța rețelei. La nivel de legătură nu este
posibil să se accentueze unele aspecte cum ar fi planificarea celulei, programarea sau
interferențele. Simulând integritatea legăturilor radio dintre UE și eNodeB -uri nu este o
abordare practică pentru a efectua simulări la nivel de sistem, deoarece necesită o solicitare
mai mare. Acesta este principalul motiv pentru care în simulările la nivel de sistem, nivelul
fizic care este utilizat, este o abstracție care ia în considerare modele simpliste care să
surprindă caracteristicile esențiale cu o precizie ridicată prin menținerea unui grad redus de
complex itate.
Simulatorul la nivel de legătură este alcătuit din trei blocuri majore: emițător, canalul de
transmisie și receptor. Emițătorul și receptorul sunt legate prin modelul transmisiei la nivel de
canal, care este folosit pentru a transmite datele pe upli nk. Semnalizarea și feedback -ul de
uplink sunt considerate a fi lipsite de erori, ceea ce este foarte realist, deoarece semnalizarea
este supusă unei protecții mai puternice prin folosirea ratelor mai mici de date și scheme de
modulare de ordin inferior.
Pe downlink, informații cum ar fi codificarea, HARQ, programarea și parametrii de pre –
codificare sunt transmise, în timp ce pe uplink CQI -urile, PMIS și Infrastructurile sunt
trimise, formând feedback -u așa -numitul CSI (Idicatorul stării camalului). Acest feedback
este utilizat de către algoritmul de planificare pentru a aloca resurse pentru utilizatori, în
scopul de a optimiza performanța sistemului (în termeni de rată de transfer de exemplu). În
cazul transmițătorului, pe baza feedback -ul UE, un algoritm de planificare atribuie blocuri de
resurse (RB -Resource Blocks) UE -urilor și allege MCS -ul corespunzător modul de transmisie
MIMO (OLSM, CLSM) și numărul de straturi spațiale pentru toți utilizatorii. Simulatorul
LTE suportă atenuarea canalelor (în acest caz, canal este constant pe durata unui subcadru, și

71
anume 1 ms) precum și atenuarea rapidă a canalelor (în acest caz, răspunsurile la impuls
corelat în timp ale canalelor sunt generate pentru fiecare eșantion al semnalului de
transmisie).
Simularea se re alizează prin definirea unui ROI (Regiune de interes), în care sunt
distribuite eNodeB -urile și UE o lungime de simulare exprimate în TTI. Simulatorul constă
din două părți: un model de măsurare a legăturii și un model de performanță a leg ăturii.
Modelul de măsurare a link -ului determină calitatea link -ului pe baza rapoartelor date de către
UE, care efectuează apoi adaptarea și alocarea resurselor.în scopul de a abstractiza calitatea
link-ului măsurat, raportul Semnal -Zgomot (SINR) pe subpurtătoare este u tilizat ca o valoare.
Rezultatul modelului (raportul semnal -zgomot, modulație și parametrii de codare) este folosit
de modelul ce măsoară perfomanța link -ului pentru a prezice rata de eroare a blocului (BLER –
Block Error Rate). Rezultatul raportului CQI es te obținut luând în considerare SINR și BLER
țintă. Rapoartele CQI sunt generate de o corespondență SINR -CQO, așa cum se arată în figura
de mai jos, și sunt transmise către eNB -uri prin intermediul unui canal de feedback. La
transmițător,cel mai potrivit M CS este selectat pe baza CQI raportat pentru a atinge BLER -ul
cerut.
5.2 Parametri de performanță

Parametrii din tabelul de mai jos au fost folosiți în modelul conceput pentru simulările
ulterioare.

Tabel ul 16. Parametrii

Lățime de bandă 20 MHz
Configurație Rețea hexagonală
Distanță între site -uri 500 m
Timpul simulării 500 TTI
MIMO (NTX × NRX) 2×2
Mod MIMO CLSM/OLSM
Putere de transmisie 43 W
Tipul antenei 742212
Model câștig antenă Kathrein TS Antenna
Câștigul maxim al antenei 15 dBi

72

Modelul matematic pentru pierderi este repezentat de TS36492 pentru mediul urban, descris
de următoarea relație:

L = 40 × (1 – 4 × 10 -3 × Dhb) × log10(R) -18 × log10(Dhb) + 21× log10(f) + 80 dB,
unde R reprezintă distanța dintre UE -Enb, exprimimată în km, f frecvența purtătoare în MHz,
și Dhb este este înălțimea antenei în m, măsurată la nivelul mediu de la vârf. Acest mediu a
fost ales pentru că există atât utilizatori în interior și exterior, care sunt acoperiți de stații de
bază în aer liber, adăugând în acest mod mai multă eterogenitate.
Figurile de mai jos sunt reprezentările diferitelor scenarii simulate în programul
Matlab.

 Poziția utilizatorilor și a stațiilor eNodeB

Prima figură arată modul de alocare a utilizato rilor în cazul a două inele formate din 19
eNodeB -uri. Interfață grafică arată poziția tuturor utilizatorilor, a stațiilor eNodeB, și a
celulelor stațiilor eNodeB. Chenarul gri conține informații despre:
 Numărul utilizatorilor
 Rata de transfer a utilizator ilor
 Eficiența spectrală medie a utilizatorilor
 Programarea blocurilor de resurse per utilizator și timpul de simulare exprimat în TTI
Altitudinea site -ului 0 m
Înălțimea site -ului 20 m
Înălțimea site -ului 1.5 m
Frecvența antenei 1,8 GHz
Feedback AMC: CQI; MIMO: PMI and RI
Planificator Round robin/best QCI
Distribuția UE Număr constant de UE/celulă
Tipul simulării 3 sectoare/ omnidirecțional

73

Figura 36. Poziția utilizatorilor și a stațiilor de bază

 Rate de transfer și rezultate cumulate

Figura 37. Rata de tranfer medie pentru utilizatori

74

Figura 38. Eficiența spectrală

Figura 39. Raportul semnal zgomot

75

Figura 40. Mapare intre SINR

Figura 41. Rata de transfer

Figurile de mai sus arată rata de tranfer medie pentru utilizatori (stânga sus), eficiența
spectrală, raportul semnal -zgomot (SINR), precum și mapare între SINR și rata de transfer

76
medie pentru fiecare UE. Rezultatele sunt calculate pentru utilizatorii ce țin de statiile
eNodeB 35, 36 ,46, 47 și 48. Unele statistici generale sunt :
 Numărul de celule (eNodeBs) din care sunt reprezentate grafic aceste rezultate
 Numărul utilizatorilor aparținând acest eNodeB -uri
 Timpul de simulare exprimat în TTI
 Tipul de progra mator care a fost utilizat
 Numărul de antene de transmisie (Tx) și de recepție (Rx) precum și modul de
transmisie(OLSM vs CLSM)
 Fairness index, astfel cum este calculat din valorile medii pe UE.
 Rata de transfer maximă(95%), medie, minimă (5%)
 Rata de tran sfer medie pe celulă
 În cazul în care unele celule ar conține utilizatori inactivi, ele sunt ignorate pentru
calculul valorii ratei de transfer. Numărul de eNodeB -uri ignorate este prezentat aici.

În ciuda celor de mai sus, putem defini eficiența practică pentru această clasă de sistem
folosind ecuația ( 9) fixând o dimensiune a celulei țintă și calculând pentru acea dimensiune a
celulei o valoare netă bps / Hz / suprafață pe o suprafață suficient de mare pentru a include
reutilizarea de frecvență completă toate canalele atribuite.
Eficiența spectrului (com personal) = rata info (bps / Hz)
zona ocupată (9)
Metrica propusă este: biți de informație pe secundă per Hz spectru alocat (licențiat) pe
km păt rat de zonă de serviciu ("biți / (a doua – Hz – km)").
Încă o dată, este esențial să se țină seama de o zonă ocupată care include un model de
reutilizare a frecvenței întregului sistem, pentru a face comparații echitabile între diferitele
sisteme.

5.3 Scena rii simulate
În toate scenariile, banda de frecvență este de 20MHz și tehnica de transmisie este
MIMO. În unele cazuri, utilozatorii sunt staționari, având o viteză de 0 km/h; rezultatele
obținute în urma simulărilor acestor cazuri sunt comp arte, ulterior cu rezultatele scenariilor în
care viteza utilizatorilor s -a modificat la 50 km/h. Tehnica CLSM a fost preferată în cele mai
multe cazuri, deoarece este bine implementată în rețelele celulare din zilele noastre, iar
numărul utilizatorilor a fost suficient de mic pentru a permite UE să trimită rapoartele CSI în
timp util și relevant. Tehnica OLSM o fost aleasă în cazurile în care viteza utilizatorilor este
de 50km/h pentru a permite o comparație între rezultatele obținute prin cele două tehnic i.
S-au ales drept planificatoare: Round Robin și Best CQI . Având moduri diferite de a
aloca resurse( Round Robin alocă aceeasi cantitate de resurse tuturor utilizatorilor, în timp ce
Best CQI ține cont de calalul folosit pentru a aloca resurse) s -au al es aceste planificatore în
diferite scenarii pentru a vedea cum răspund la diferitele cerințe ce sunt menționate mai jos.

77
Planificarea reței este de două feluri, prezența unei singure stații eNodeB sau
prezența unei infrastructuri în formă de inel care este alcătuită din 7 stații eNodeB. În cazul
unei singure stații eNb s -au folosit două tipuri de antene: cu înclinare omnidirecțională sau pe
trei sectoare.

Tabelul 17. Parametrii

SCENARIU Distribuție
eNB MIM0
(NTX
×NRX )
NR
UE/celulă VITEZĂ
UE
(km/h) PLANIFICATOR TIP
MIMO Tip simulare
1 1 2X2 3 0 Round robin CLSM 3 sectoare
2 1 2×2 3 0 Best CQI CLSM 3 sectoare
3 1 2×2 3 50 Round robin CLSM 3 sectoare
4 1 2×2 60 50 Best CQI OLSM 3 sectoare
5 1 2×2 60 50 Best CQI CLSM 3 sectoare
6 1 2×2 3 0 Round robin CLSM omnidirecțional
7 1 2×2 3 50 Round robin CSLM omnidirecțional
8 inel 2×2 60 0 Best CQI CLSM 3 sectoare
9 Inel 2×2 60 0 Round robin OLSM 3 sectoare
10 inel 2X2 3 0 Round robin CLSM 3 sectoare
11 inel 2×2 60 50 Best CQI CLSM 3 sectoare
12 inel 2×2 60 50 Best CQI OLSM 3 sectoare
13 inel 2×2 3 50 Best CQI CLSM 3 sectoare
14 inel 2×2 60 0 Round robin OLSM 3 sectoare
15 inel 2×2 60 50 Round robin OLSM 3 sectoare

În scenariile din tabel s -a urmărit modificarea următorilor parametrii:

78
 Fairness index ( alocarea echilibrată) – este un indice care se referă la evaluarea
alocării echilibrate de resurse către utilizator. Matematic, acest indice poate fi
exprimat după cum urmează:
𝐽(𝑥1,𝑥2,…,𝑥𝑛)=(∑ 𝑥𝑖𝑛
𝑖)2
𝑛⋅∑ 𝑥𝑖2 𝑛
𝑖=1 (10)
,unde n reprezină utiliza torii și xi este rata de transfer pentru conexiunile i. Rezultatul variază
de la 1/n (cel mai rău caz) la 1 (cel mai bun caz) și maximul îl reprezintă atunci când
utilizatorii primesc toti aceleasi resurse;

 Rată de transfer maximă/medie/minimă – sunt tre i indicatori de performanță (KPI –
Key performance indicators). Termenii maxim și minim pot fi interpretate ca
performanța unui UE la marginea celulei și în centrul celulei, respectiv;
 transmisie se numește RB (Resource Block) și constă dintr -un slot în dom eniul timp și
12 subpurtătoare în domeniul frecvență, corespunzând la 12 × 15 kHz = 180 kHz;
 Eficiență spectrală – se referă la rata de informații care poate fi transmisă pe o
anumită lățime de bandă într -un sistem de comunicare specific. Acesta măsoară câ t de
eficient un spectru limitat de frecvență este utilizat de către un protocol la nivel fizic
și, uneori, de controlul accesului la mediu (MAC). Acesta este, de obicei, măsurată în
biți / s / Hz, sau în mod alternativ, acesta poate fi măsurată în biți / simbol, ceea ce este
echivalent cu bit / cu (bit per canal de utilizare), ceea ce înseamnă că rata netă de biți
(rata de informații utile cu excepția codurilor ce conțin corectarea erorilor) este
împărțită la rata de simbol (rata de modulare);
 Rank indicat or- care reprezintă numărul de nivele care pot fi suportate, în condițiile
în care se cunosc condițiile de canal curente și schema de modulare utilizată;

Tabel 18. Scenarii

Statistici
celulă Fairness
index Rată de
transfer
maximă
(Mb/s) Rată de
transfer
medie
UE
(Mb/s) Rată de
transfer
minimă

(Mb/s) Rată de
transfer
medie per
celulă
(Mb/s) Ocuparea
medie
RB

(%)
Scenariu 1 0,9644377 34,22 27,89 20,48 27,89 66,67
Scenariu 2 0,578301 68,12 32,50 0,42 32,50 66,53
Scenariu 3 0.964965 42,04 35,72 26,27 35,72 66,67
Scenariu 4 0,465615 15,42 5,48 0,00 109,68 99,80
Scenariu 5 0,474596 15,35 4,94 0,01 98,71 99,80
Scenariu 6 0,98056 22,80 19,04 16,78 57,11 100
Scenariu 7 0,831163 24,90 15,25 9,49 45,74 100

79
Scenariu 8 0,28749 108,86 21,77 0,99 62,20 85,54
Scenariu 9 0,518724 41,26 14,47 2,55 41,33 85,71
Scenariu 10 0,97971 51,29 43,01 36,42 6,14 14,26
Scenariu 11 0,362095 58,89 15,38 0,00 43,93 85,53
Scenariu 12 0,340606 48,36 12,65 0,00 36,37 85,67
Scenariu 13 0,979301 37,70 31,37 27,14 4,48 14,26
Scenariu 14 0,518724 41,26 14,47 2,55 41,33 85,71
Scenariu 15
0,510705 23,31 8,49 1,64 24,26 85,71

Tabelul 19. Scenarii

Statistici
celulă NR
UE Rată de
transfer
medie
UE
(Mb/s) Eficiența
spectrală
medie
(bit/cu) Media
RB/TTI/UE

(RBs) Distribuție
Rank
Indictor
Rank 1
(%)

Rank2

Rank3
Scenariu
1 3 27,89 2,75 66,67 100
Scenariu
2 3 32,50 3,41 66,53 16,33 83,67
Scenariu
3 3 35,72 3,42 66,67 93,00 7,00
Scenariu
4 60 5,48 5,86 4,99 52,51 23,44 24,05
Scenariu
5 60 4,84 5,38 4,99 41,02 51,38 7,60
Scenariu
6 3 19,04 3,40 33,33 99,80 0.20
Scenariu
7 3 15,25 2,72 33,33 50,80 49,20
Scenariu
8 60 21,77 4,30 29,94 29,15 49,22 21,62

80
Scenariu
9 60 14,47 2,80 30,00 55,09 44,91
Scenariu
10 3 43,01 2,56 100 66,73 33,27
Scenariu
11 60 15,38 2,78 29,94 28,88 70,66 0,46
Scenariu
12 60 12,65 2,17 29,87 25,20 72,00 3,13
Scenariu
13 3 31,37 1,87 99,80 100 3 31,37
Scenariu
14 60 14,47 2,80 30,00 55,09 44,91
Scenariu
15 60 8,49 1,63 30 96,54 3,46

Cazul I – Influența vitezei asupra ratei de transfer obținute

În primul caz am dorit să aflăm cum influențează viteza utilizatorilor ratele de transfer
obținute. În acest sens a fost luată în considerare prezența unei singure stații de bază cu trei
sectoare, în fiecare celulă aflându -se un singur utilizator, o dată af lat în staționare iar în
cealaltă deplasându -se cu 50 km/h. Același lucru a fost repetat cu o stație de bază
omnidirecțională.

Figura 42. O singură stație eNodeB cu trei antene direcționale
58.04
48.91
36.3948.9166.67
42.0435.72
26.2735.7266.67
01020304050607080
Rată de transfer
de
vârf
(Mb/s)Rată de transfer
medie
UE
(Mb/s)Rată de transfer
limită
(Mb/sRată de transfer
medie
celulă
(Mb/s)Ocuparea medie
RB
(%)
1eNB/3UE/Round Robin/CLSM/3
sectoare
viteza=0 km/h viteza=50 km/h

81

Tabelul 20. Scenarii în care sunt folosite o singură stație eNodeB cu trei antene direcționale

SCENARIU Distribuție
eNB MIM0
(NTX
×NRX)
NR
UE/celulă VITEZĂ
UE
(km/h) PLANIFICATOR TIP
MIMO Tip
simulare
1 1 2X2 3 0 Round robin CLSM 3 sectoare
3 1 2×2 3 50 Round robin CLSM 3 sectoare

Figura 43. O singură stație eNodeB cu o singură antenă direcțională

Tabelul 21. Scenarii în care sunt folosite o singură stație eNodeB cu o singură antenă direcțională

SCENARIU Distribuție
eNB MIM0
(NTX
×NRX)
NR
UE/celulă VITEZĂ
UE
(km/h) PLANIFICATOR TIP
MIMO Tip simulare
6 1 2×2 3 0 Round robin CLSM omnidirecțional
7 1 2×2 3 50 Round robin CSLM omnidirecțional

22.819.04 16.7857.11100
13.18
2.3433.3358.73
41.27
020406080100120
Rată de transfer
de
vârf
(Mb/s)Rată de transfer
medie
UE
(Mb/s)Rată de transfer
limită
(Mb/sRată de transfer
medie
celulă
(Mb/s)Ocuparea medie
RB
(%)
1eNB/3UE/Round
Robin/CLSM/omnidirecțional
viteza=0 km/h viteza=50 km/h

82
Astfel, pentru acest caz, au fost obținute patru scenarii, primele două folosesc o
singură stație eNodeB cu trei antene direcțion ale care împarte raza de acoperire în trei
sectoare, fiecare având 120° iar celelalte două folosesc o singură stație eNodeB cu o singură
antenă direcțioanlă. Planificatorul în toate cele patru cazuri este de tip Round Robin. S -au
urmărit următorii parametrii: rata de transfer de vârf, rata de transfer medie, rata de transfer
limită, rata de transfer per celulă și ocuparea medie a blocurilor de resurse. Atât în cazul
primelor două scenarii, cât și în cazul ultimelor două s -a observat că acești parametrii se
modifică, mai precis, au o scădere de aproximativ 10% atunci când viteza crește de la 0 km/h
la 50 km/h. Diferența nu este sem nificativă sugerând că tehnologia LTE scalează bine odată
cu creșterea vitezei terminalelor fiind adecvată uzului în scenarii VANET.
Pentru a studia comportamentul ratelor de transfer în funcție de viteză dar cu un număr
mare de terminale, am simulat două scenarii, fiecare cu șapte stații de bază și 60 de utilizatori.
Într-un caz toate terminalele sunt staționare, în celălalt toate se deplasează cu 50 km/h.

Cazul II – Influența planificatorului asupra transferului de date

În următorul caz am testat influența planificatorului LTE în scenarii VANET. LTE
recunoaște mai multe tipuri de planificatoare: Round Robin, Best C QI și Proportional Fair.
Planificatoarele considerate urmăresc obiective diferite pentru alocarea resurselor.
Planificatorul „Be st CQI” încearcă să maximizeze rata de transfer și ignoră complet alocarea
echilibrată (fairness index) prin distribuirea de resurse pentru utilizatorii cu cele mai bune
condiții de canal. Acest lucru se reflectă în rezultatele afișate în figura de mai jos . Best CQI
prezintă cea mai mare rată de transfer medie pe celulă dar alocarea este cea mai puțin
avantajoasă în comparație cu planificatorul Round Robin. Strategia Round Robin permite
utilizatorilor să folosească pe rând resursele, făra să ia în considera re condițiile canalului
folosit. Poate fi vazut ca un planifictaor corect, în sensul ca aceeasi cantitate de resurse radio
(aceeași cantitate de timp și /sau RB -uri) sunt date către fiecare utilizator.

83

Figura 4 4. Influența planificatorului LTE în scenarii VANET

Tabelul 22. Scenarii privind influența planificatorului LTE în scenarii VANET

SCENARIU Distribuție
eNB MIM0
(NTX
×NRX)
NR
UE/celulă VITEZĂ
UE
(km/h) PLANIFICATOR TIP
MIMO Tip
simulare
1 1 2X2 3 0 Round robin CLSM 3
sectoare
2 1 2×2 3 0 Best CQI CLSM 3
sectoare

Atunci când a fost folosit același planificator „Best CQI”, au fost obținute rate de date
mai mici, dar atunci când cei 60 de utilizatori nu au mai fost staționari și au început să se
deplaseze cu o viteză de 50km/h, a re ieșit faptul că viteza utilizatorilor influențează drastic
rata de transfer. Luând planificatorul Best CQI cu rata de transfer de vârf de 108,76 Mbps, am
modificat viteza la 50 km/h ceea ce a dus la o scădere de până la 48,36 Mps. Rata de transfer
medie si cea limită au un comportament similar.

0.964437727.89
0.57830132.5
0 5 10 15 20 25 30 35Fairness indexRată de transfer
medie
celulă
(Mb/s)Best CQI Round Robin

84

Figura 4 5. Influența vitezei asupra planificatorilor

Tabelul 23. Scenarii cu planificatorul Best CQI

SCENARIU Distribuție
eNB MIM0
(NTX
×NRX)
NR
UE/celulă VITEZĂ
UE
(km/h) PLANIFICATOR TIP
MIMO Tip
simulare
8 inel 2×2 60 0 Best CQI CLSM 3
sectoare
12 inel 2×2 60 50 Best CQI OLSM 3
sectoare

Cazul III. Influența numărului de utilizatori

Atunci când luăm în considerare ratele de transfer obținute de utilizatori în diferite
regiuni din celulă, se obțin rezultate foarte interesante. Ratele de transfer înregistrate de
utilizator în mijlocul celulei (Rată de transfer de vârf) cea ma i mare valoare este obținută
atunci când sunt prezent este un utilizator pe celulă (3/eNB), oferind rate în downlink de
51,29Mb/s, folosind planificatorul round robin. Folosind același planificato r și aceiasi
parametrii, dar cu 60 UE/celulă, ratele de tran sfer pe utilizator descresc, ajungând la 41,29
Mb/s, ramânând practic neschimbate atunci când este folosit planificatorul Round Robin.

Rată de
transfer
de
vârf
UE
(Mb/sRată de
transfer
medie
(Mb/s)Rată de
transfer
limită
(Mb/s)Rată de
transfer
de
vârf
UE
(Mb/sRată de
transfer
medie
(Mb/s)Rată de
transfer
limită
(Mb/s)
0km/h 108.86 21.77 0.99 41.26 14.47 2.55
50 km/h 48.36 12.65 0 23.31 8.49 1.64108.86
21.77
0.9941.26
14.47
2.5548.36
12.65
023.31
8.491.64
020406080100120
Best CQI ROUND ROBIN
0km/h 50 km/h

85

Figura 4 6. Rata de tranfer maximă

Tabelul 2 4. Scenarii folosind planificatorul Round Robin

SCENARIU Distribuție
eNB MIM0
(NTX
×NRX)
NR
UE/celulă VITEZĂ
UE
(km/h) PLANIFICATOR TIP
MIMO Tip
simulare
10 inel 2X2 3 0 Round robin CLSM 3
sectoare
9 Inel 2×2 60 0 Round robin OLSM 3
sectoare

În cazul unui inel, cu planificatorul Best CQI situația este exact invers. Rata de
transfer în cazul în care sunt 60 de utilizatori este mai mare decât rata de transfer obținută de 3
utilizatori. Acest lucru se poate datora numărului mai mare de eNodeB -uri care pot face față
unui număr mare de utilizatori deoarece există procedeul de handover care facilitează
transferul de la o stație la alta fără ca utilizatorul să simtă vreo diferență. Pe de altă parte, este
folosit și planificatorul Best CQI care, după cum s -a demonstrat mai sus, este mai avantajos
din punct de vedere al ratelor de trasfer, acesta alocând resurse în funcție de condițiile de
canal.

51.29
41.26
0102030405060
3 UE 60 UE
Rată de transfer
maximă
(Mb/s)

86

Figura 4 7. Rata de tranfer maximă într-un inel

Tabelul 2 5. Scenarii în cazul unui inel, cu planificatorul Best CQI

SCENARIU Distribuție
eNB MIM0
(NTX
×NRX)
NR
UE/celulă VITEZĂ
UE
(km/h) PLANIFICATOR TIP
MIMO Tip
simulare
12 inel 2×2 60 50 Best CQI OLSM 3
sectoare
13 inel 2×2 3 50 Best CQI CLSM 3
sectoare

Cazul IV – Influența tehnicilor MIMO

Tehnica de transmisie OSLM înregistrează rate de transfer mai bune decât CLSM și
acest lucru se întamplă deoarece OSLM nu necesită feedback din partea utilizatorilor. Din
această cauză, OSLM este preferat atunci când vine vorba de utilizatori care se depla sează cu
o viteză mare și un feedback din partea utilizatorilor nu poate fi transmis în timp util.
Un alt aspect ce merită menționat este faptul că, atunci când este folosit planificatorul
„best CQI”, indiferent de ratele experimentat de un UE, la margine a unei celule este de 0
Mbps, care, în mod evident nu este de dorit într -un scenariu real. Acest lucru este cauzat de
faptul că, la marginea celulei, condițiile de radio sunt slabe și acest programator alocă resurse
radio pentru utilizatorii cu cele mai bu ne condiții radio omițând, astfel utilizatorii marginali.

37.748.36
0102030405060
3 UE 60 UE
Rată de transfer
maximă
(Mb/s)

87

Figura 4 8. Tehnica de transmisie OSLM respectiv CLSM

Tabelul 26. Scenarii folosint planificatorul Best CQI

5.4 Concluzii

Această lucrare evaluează performanțele rețelei LTE, folosind simulatorul MATLAB,
în vederea evaluării capacității de a sprijini cooperarea cu ITS și cu aplicațiile vehiculare.
Există un consens larg cu privire la utilizarea avantajelor LTE ( capacitate ma re, acoperire pe
arie largă, putere de penetrare mare) pentru a face față dezavantajelor 802.11p (scalabilitate
slabă, capacitate scăzută, conectivitate intermitentă). Analiza realizată surprinde principalele
48.36
12.65
015.35
4.94
058.89
15.38
015.42
5.48
0.01
010203040506070
Rată de
transfer
de
vârf
(Mb/s)Rată de
transfer
medie
UE
(Mb/sRată de
transfer
limită
(Mb/sRată de
transfer
de
vârf
(Mb/s)Rată de
transfer
medie
UE
(Mb/sRată de
transfer
limită
(Mb/s
CSLM OLSMInel -60 UE -50km/h 1 eNB -60 UE -50km/h
SCENARI
U Distribuți
e eNB MIM0
(NTX
×NRX)
NR
UE/celulă VITEZĂ
UE
(km/h) PLANIFICATO
R TIP
MIMO Tip
simulare
4 1 2×2 60 50 Best CQI OLSM 3 sectoare
5 1 2×2 60 50 Best CQI CLSM 3 sectoare
11 inel 2×2 60 50 Best CQI CLSM 3 sectoare
12 inel 2×2 60 50 Best CQI OLSM 3 sectoare

88
caracteristici calitative, punctele forte și pu nctele slabe ale standardului și a soluțiilor în curs
de dezvoltare.
În primul rând, a fost analizat impactul vitezei utilizatorilor și, așa cum era de așteptat, a
existat o scădere majoră a ratei de transfer, deoarece feedback -ul nu poate urma decolorarea
rapidă. Pe lângă aceasta au fost luate în considerare diferite planificatoare, Round Robin și
Best CQI, pentru a sublinia faptul că acestea nu sunt la fel de echitabile și că modul lor diferit
de funcționare este potrivit pentru un anumit scenariu. Astfel , cele mai mari valori ale alocării
echilibrate au fost obținute de c ătre Round Robin, dar în ceea ce privește rata de transfer,
planificatoul best CQI a obținut valori mult mai bune.
În al doilea rând s -a testat compatibilitatea tehnicilor MIMO cu diferi te scenarii,
observând ca tehnica OLSM -open loop spatial multiplexing este mai eficientă din punct de
vedere al ratelor de transfer într -un scenariu în care sunt multi utilizatori cu viteze mari,
nefiind necesar feedback din partea acestora.

89

Bibliografia