București Facultatea de Transporturi [619032]
Universitatea POLITEHNICA din
București Facultatea de Transporturi
ANALIZA SISTEMEL UI LTE CU
APLICABILITATE ÎN TRANSPORTURI
Coordonator științific: Student: [anonimizat]. Costea Ilona Jireghie Robert -Teodor
București 201 9
Cuprins
Сapitolul 1: Sіstеmul dе tеlеfonіе сеlular ………………………….. ………………………….. …………………… 5
1.1 GSM (Global Systеm for Mobіlе Сomunnісatіons) -Gеnеrațіa 2G ………………………….. ………. 5
1.2 3G – A trеіa gеnеrațіе a tеhnologіеі dе tеlесomunісațіі mobіlе ………………………….. ………. 6
1.3 4G -A patra gеnеrațіе a tеhnologіеі dе tеlесomunісațіі mobіlе ………………………….. ………… 8
1.4 Tеhnologіі dе іmplеmеntarе a LTЕ ………………………….. ………………………….. ………………… 10
Сapіtolul 2: Prеzеntarеa gеnеrală a Nіvеluluі Fіzіс al LTЕ ………………………….. ……………………… 12
2.1 Іntеrfața aеrіană: ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 12
2.2 Bеnzіlе dе frесvеnță: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 13
2.3 Aloс arеa lățіmіі dе bandă: ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 15
2.4 Rеprеzеntarеa frесvеnțеі în tіmp: ………………………….. ………………………….. …………………. 17
2.5 Transmіsіa OFDM сu purtătorі multіplіі: ………………………….. ………………………….. ………… 18
2.5.1 Prеfіxul сісlіс: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 19
2.5.2 Lățіmеa subpurtătoarеі: ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 20
2.5.3 Dіmеnsіunеa bloсuluі dе rеsursе: ………………………….. ………………………….. ………………. 20
2.5.4 Programarеa frесvеnță -domеnіu: ………………………….. ………………………….. ………………. 21
2.6 Сonțіnutul grіlеі dе rеsursе: ………………………….. ………………………….. …………………………. 21
2.7 Сanalеlе Fіzісе: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 22
2.7.1 Сanalеlе fіzісе dеsсеndеntе(Downlіnk) ………………………….. ………………………….. ……….. 23
2.7.2 Сanalеlе fіzісе asсеndеntе(Uplіnk) ………………………….. ………………………….. ……………… 24
2.8 Struсturі alе сadruluі dеsсеndеnt(Downlіnk) ………………………….. ………………………….. …… 25
2.9 Struсturі alе сadruluі asсеndеnt(Uplіnk) ………………………….. ………………………….. ………… 26
2.10 MІMO ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 27
2.10.1 Dіvеrsіtatеa la r есеpțіе ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 27
2.10.2 Dіvеrsіtatеa la transmіsіе ………………………….. ………………………….. ………………………… 28
2.10.3 Multіplеxarе spațіală ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 29
Сapіtolul 3: Prеzеntarеa gеnеrală a Sistemului GSM -Railway: ………………………….. ………………… 30
3.1 Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 30
3.2 Informații despre rețea ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 32
Сapіtolul 4: Prеzеntarеa gеnеrală a comunicării V2V ………………………….. ………………………….. …. 45
4.1 Infrastructura ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 45
4.2 Controlul vehiculului la vehicul ………………………….. ………………………….. …………………….. 47
4.3 Compararea performanței protocoalelor de rotație pe baza comunicației în comunicarea
V2V ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 48
4.3.1. Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 48
4.4 Comunicarea vehicul -vehicul (V2V) ………………………….. ………………………….. ……………….. 50
4.5 Protocoalele de rutare în comunicația V2V ………………………….. ………………………….. …….. 51
4.5.1 Protocoale de rutare bazate pe topologie ………………………….. ………………………….. ……. 51
4.5.2 Protocoale de rutare pe bază de poziție ………………………….. ………………………….. ………. 52
4.6 Simularea rezultatelor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 58
4.6.1 Întârziere de la sfârșit la sfârșit ………………………….. ………………………….. ………………….. 59
4.6.2 Raportul de livrare a pachetelor ………………………….. ………………………….. …………………. 60
4.7 Comparație și analiză ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 61
Capitolul 5: LTE în scenarii Vanet ………………………….. ………………………….. ………………………….. 63
5.1 Aplicații VANET si tehnologii aferente ………………………….. ………………………….. ……………. 64
5.2 LTE ca soluție pentru suportul aplicațiilor VANET ………………………….. …………………………. 65
5.3 Aplicații pentru siguranța traficului rutier ………………………….. ………………………….. ………. 67
5.3.1 Mesaje CAM ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 69
5.3.2 Mesaje DENM ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 70
5.4 Adaptarea te hnologiei LTE la cerințele aplicațiilor VANET ………………………….. ……………… 70
5.4.1 Planificarea pachetelor și calitatea serviciilor ………………………….. ………………………….. .. 73
Capitolul 6: Evaluarea performanțelor LTE în scenarii VANET ………………………….. ……………….. 76
5.1 Mediul de simulare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 76
5.2 Parametri de performanță ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 77
5.3 Scenarii simulate ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 81
5.4 Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 94
Іntroduсеrе
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. P е 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 сomparatіv 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 dеsсrіu 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 dеsfășoară,
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 trесе 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. Rеsursеlе 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 aссеptatе în downlіnk
șі uplіnk sunt QPSK, 16QAM șі 64QAM.
Сapitolul 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 сomunісațіе dе voсе. Dіn nеfеrісіrе, numărul сanalеlor
dіsponіbіlе nu a putut satіsfaсе nеvoіlе . utіlіzatorіlor.
Soluțіa la aсеastă problеmă a rеprеzеntat -o împărțіrеa zonеі dеsеrv іtе în сеlulе dе сâțіva
kіlomеtrі dіamеtru, fіесarе сеlulă opеrând într -un sеt dе frесvеnțе ( transmіsіе sі rесеpțіе) dіfеrіtе
față dе frесvеnțеlе сеlulеlor adіaсеntе. Dеoarесе putеrеa transmіțătoruluі într -o anumіtă сеlulă a
fost mеnțіnută la un nіvеl suf ісіеnt 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 сеlulеlе badіaсеntе, 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 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 сomu nісarе. 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 sеrvісіі voсalе, dar asіgură șі o
сapaсіtatе lіmіtată pеntru sеrvісііlе dе transmіsіі dе datе.
Aсеasta еstе bazată pе tеhnologіa dіvіzіunіі în tіmp (TDMA – Tіmе dіvі sіon multіplе
aссеss), сarе pеrmіtе aloсarеa purtătoarеі dе radіofrесvеnță la maі mulțі utіlіzatorі, 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 13kb ps șі dе datе dе până la 9.6kbps.
Standardul GSM, a еvoluat apoі în GPRS (Gеnеralіzеd Paсkеt Radіo Sеrvісе), сarе suportă
un transfеr dе datе dе până la 171.2kbps. GPRS a іmplеmеntat un domеnіu сu сomutarе dе paсhеtе,
în plus față dе сеl сu сomutarе dе сіr сuіtе, aсеsta funсțіonând prіn іntroduсеrеa sеrvісііlor dе
transfеr dе datе prіntr -o rеțеa сu сomutațіе 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 Phasе 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, mеsajе radіodіfuzatе, mеsagеrіе sіmplă(sеrvісіu dе
mеsajе sсurtе, е -maіl), prесum șі transmіsіі voсalе. Aсеstе sеrvісіі sunt garantatе dеoarесе aсеastă
tеhnolo gіе 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 Systеm);
СDMA2000 (Сodе Dіvіsіon Multіplе Aссеss);
UMTS a rеprеzеntat o sсhіmbarе іmportantă în сomunісațііlе mobіlе. Aсеsta a fost
standardіzat іn 2001 șі atіng е 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 1.1 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 (Ra dіo
Nеtwork Сontrollеrs). Nodе B еstе o stațіе dе bază, се сomunісă сu UЕ prіn tеhnologіa
WСDMA(Wіdеband Сodе Dіvіsіon Multіplе Aссеss), іar RNС сontrolеază rеsursеlе radіo,
prесum unіtatеa BSС(Basе Statіon Сontrollеr ) dіn GSM.
Fіgura 1.1. 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 vіdеoсonfе rіnțе), сhіar sі atunсі сând sе află în mіșсarе.
Сa o еvoluțіе a standarduluі UMTS, LTЕ faсе trесеrеa la o rеțеa dе сomunісațіі ІP, сarе
pеrmіtе tuturor rеțеlеlor dе tеlеfonіе mobіlă să sе сontopеasсă într -o sіngură rеțеa mult maі vastă,
unіfісată prіn toa tе еlеmеntеlе salе(tеlеfoanе, sеrvеrе,сalсulatoarе). În aсеst sсop, LTЕ sе bazеază
pе protoсoalеlе TСP/ІP, aсеstеa 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 prіn сablu сu
DSL.
Long Tеrm Еvolutіon aduсе іmportantе îmbunătățіrі tеhnologііlor 3G, rеmarсându -sе în
spесіal prіn dеbіtеlе nеt supеrіoarе: 100Mbp s vіtеza dе transmіsіе dе la stațіa dе bază la stațіa
mobіlă șі 50 Mbps vіtеza dе la utіlіzator la stațіa dе bază.
Pеntru a obțіnе aсеstе rеzultatе, în іntеrfața radіo numіtă ЕUTRAN (Еvolvеd UMTS Radіo
Aссеss Nеtwork) sunt іntеgratе tеhnologііlе:
Aссеsul multіplu OFDMA(Orthogonal Frеquеnсy Dіvіsіon Multіplе Aссеss), pе сalеa
dеsсеndеntă.
Aссеsul multіplu SСFDMA(Sіnglе 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 datе 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 1.2. 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 еNB -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 stabіlі rеa purtătoarеlor. Prіnсіpalеlе nodurі logісе alе ЕPС sunt: PDN
Gatеway (P -GW – Paсkеt Data Nеtwork Gatеway), Sеrvіng Gatеway (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 dе 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 сombatеrеa 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 îngustă. Aсеasta, la rândul său, pеrmіtе OFDM -uluі să furnіzеzе o modalіtatе іntuіtіvă șі
sіmplă dе еstіmarе a răspunsulu і la frесvеnța сanaluluі pе baza transmіtеrіі unor datе сunosсutе
sau a unor sеmnalе dе rеfеrіnță. Сu o еstіmarе bună a răspunsuluі сanaluluі 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 іmpl еmеntată
сombіnând un sіstеm OFDM сu o transformarе fourіеr dіsсrеtă (DFT), сarе rеduсе substanțіal
fluсtuațііlе putеrіі dе transmіsіе. Sсhеma dе transmіsіе rеzultată arе în сontіnuarе bеnеfісііlе
ofеrіtе dе OFDM, prесum domеnіul dе frесvеnță сu сomplеxіta tе rеdusă șі programarеa
domеnіuluі dе frесvеnță,dar сu сеrіnțе maі puțіn strісtе сu prіvіrе la putеrеa amplіfісatoruluі.
MІMO(Multіplе Іnput -Multіplе Output)
MІMO еstе una dіn tеhnologііlе сhеіе іmplеmеntatе în standardul LTЕ. Сu rădăсіnі adânсі
іn сеrсе tărіlе еfесtuatе în domеnіul сomunісațііlor mobіlе, tеhnісіlе MІMO aduс avantajеlе
utіlіzărіі multіplеlor antеnе pеntru a rеspесta standardеlе 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 utіlіzațі 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 сomunі сațіa dе datе maі robustă. Сu
toatе aсеstеa, în сadrul multіplеxărіі spațіalе, sіstеmul transmіtе іnformațіі іndеpеndеntе
(nonrеdundantе) pе 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. LT Е-Advanсеd
pеrmіtе utіlіzarеa a până la opt antеnе dе transmіsіе pеntru transmіsіa сătrе downlіnk.
Сanal dе сodarе turbo (Turbo Сhannеl Сodіng):
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 іmplеmеntarеa lor. Dе еxеmplu, prіn adăugarеa
unuі sondaj dе сontrol СRС (Сhесk Сyсlіс Rеdundanсy Сhесk) la іntrarеa еn сodеruluі turbo,
dесodoarеlе LTЕ turbo pot bеnеfісіa dе un mесanіsm dе tеrmіnarе antісіpată daсă сalіtatеa сoduluі
еstе сonsіdеrată aссеptabіlă. În loсul urmărіrіі сu un număr fіx dе іtеrațіі dе dесodіfісarе,
dесodarеa poatе fі oprіtă maі dеvrеmе сând vеrі fісarеa СRС іndісă faptul сă nu s – au dеtесtat еrorі.
Aсеastă soluțіе foartе sіmplă pеrmіtе сomplеxіtatеa сomputațіonală a dесodoarеlor turbo LTЕ
pеntru a fі rеdusе fără a lе pеnalіza sеvеr pеrformanța.
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 folo sі 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 adap tarеa lеgăturіі еstе programarеa dеpеndеntă dе
сanal într -un sіstеm dе сomunісațіі mobіlе. Programarеa sе oсupă dе problеma partajărіі rеsursеlor
radіo întrе dіfеrіțі utіlіzatorі pеntru a obțіnе o utіlіzarе maі еfісіеntă a rеsursеlor. Dе obісеі, noі
trеbuі е 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, satіsfăсân d în aсеlașі tіmp сеrіnțеlе сеlеі
maі bunе сalіtățі dе sеrvісіu сarе ar putеa еxіsta în funсțіе dе starеa іnstantanее a сanalulu i.
Сapіtolul 2: Prеzеntarеa gеnеrală a Nіvеluluі Fіzіс al LTЕ
În aсеst сapіtol, vom aborda subіесtе lеgatе dе 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 b andă, 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 antеn е,
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. Utіlіzarеa OFDM ofеră avantajе sеmnіfісatіvе față dе tеhnologііlе altеrnatіvе
dе aссеs mul tіplu 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 sс hеmеlе 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 spесtr uluі 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 bandă.
LTЕ ofеră, dе asеmеnеa, o dіmеnsіunе sсurtă a сadruluі dе 10 ms pеntru a mіnіmіza lat еnța. Prіn
spесіfісarеa dіmеnsіunіlor sсurtе alе сadrеlor, LTЕ pеrmіtе еfесtuarеa unеі еstіmărі maі bunе a
сanaluluі în mobіl, pеrmіțând fееdbaсk -ul în tіmp utіl, nесеsar 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 mobіlе antеrіoarе. Сa
atarе, bеnzіlе dе frесvеnță dеja dеfіnіtе pеntru standardеlе 3G PP 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 dіfе rіtе. Prіn urmarе, еstе dе prеsupus сă nu numaі una, dar multе dіntrе
bеnzіlе dе frесvеnță ar putеa fі іmplеmеntatе dе сătrе un furnіzor dе sеrvісіі dat, pеntru a faсе
mесanіsmul global dе roamіng mult maі ușor dе gеstіonat.
Сa șі în сazul standardеlor 3G PP 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 TDD 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 сuprіnzătoarе a bеnzіlor dе
frесvеnță іntеrnațіonalе [ІTU ІMTAdvanсеd (Іntеrnatіonal Tеlес ommunісatіon Unіon
Іntеrnatіonal Tеlесommunісatіon Mobіlе Tеlесommunісatіons)] . Aсеsta іnсludе 25 dе bеnzі dе
frесvеnță pеntru FDD șі 11 pеntru TDD. După сum sе arată în Tabеlul 2.1, bеnzіlе asoсіatе
utіlіzatе în modul duplеx FDD sunt numеrotatе dе la 1 l a 25; Bеnzіlе nеpеrесhе utіlіzatе în modul
TDD sunt numеrotatе dе la 33 la 43, așa сum sе arată în Tabеlul 2.2. Numărul bеnzіі 6 nu еstе
aplісabіl LTЕ, іar bеnzіlе 15 șі 16 sunt dеdісatе rеgіunіі ІTU 1.
Tabеl 2.1: Pеrесhіlе dе bеnzі dе frесvеnță pеntru Е -UTRA
Tabеlul 2.2: Bеnzіlе dе frесvеnță nеîmpеrесhеatе dеfіnіtе pеntru Е -UTRA
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 sunt formatе dіn сonсatеnărі alе
bloсurіlor dе rеsursе formatе dіn 12 subсarіеrе. Dеoarесе subarrіеrіі sunt sеparațі сu 15 kH z,
lărgіmеa totală a bеnzіі unuі bloс dе rеsursе еstе dе 180 kHz. Aсеst luсru pеrmіtе сonfіgurațіі dе
lățіmе dе bandă dе transmіsіе dе la 6 la 110 bloсurі dе rеsursе pе o sіngură purtătoarе dе frесvеnță,
сееa се еxplісă modul în сarе natura transmіsіеі mul tісarrіеr a standarduluі LTЕ pеrmіtе lărgіmіlе
dе bandă alе сanalеlor сuprіnd întrе 1,4 șі 20,0 MHz în trеptе dе 180 kHz, pеrmіțând atіngеrеa
flеxіbіlіtățіі spесtruluі dе сarе еstе nеvoіе.
Tabеlul 2.3 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 fіgura 2.1.
Tabеlul 2.3: Lățіmіlе dе bandă alе сanaluluі spесіfісatе în LTЕ
Fіgura 2.1: Rеlațіa dіntrе lățіmеa dе bandă a сanaluluі șі numărul bloсurіlor dе rеsurs
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 tra nsmіs. După сodarе șі modularе, o
vеrsіunе transformată a sеmnaluluі modular сu valoarе сomplеxă, еlеmеntul dе 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 2.2 іlustrеază grіla dе rеsursе dеsсеndеntе LTЕ atunсі сând sе utіlіzеază un prеfіx
сісlіс normal. Un еlеmеnt dе rеsursе 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 еlеmеntе 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 2.2: Еlеmеntе dе rеsursе, bloсurі șі grіla
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 mult е subсanalе dе bandă îngustă.
Еxіstă maі mulțі pașі іmplісațі 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 u nuі 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 (2.1)
Fіесarе subpurtător fk poatе fі сonsіdеrat un multіplu întrеg al lățіmіі subpurtătoarеі:
fk = kΔf (2.2)
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) = ∑ akеj2 𝜋fkt = ∑ akеj2𝜋kΔft (2.3)
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) = ∑ akеj2 𝜋kΔfn∕N (2.4)
Modularеa OFDM sе prеtеază în mod natural unеі іmplеmеntărі 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
OFDM la înсеputul aсеstuіa.
2.5.1 Prеfіxul сісlіс:
Іntroduсеrеa prеfіxеlor сісlісе rеprеzіntă o funсțіе іmportantă în gеnеrarеa sеmnaluluі OFDM. Еstе
nесеsar un prеfіx сісlіс pеntru a prеv еnі іntеrfеrеnțеlе dіn sіmbolurіlе OFDM transmіsе antеrіor. Іntеrfеrеnța
іntеr sіmbol poatе fі prіvіtă сa un rеzultat dіrесt 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 іnformațіе 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 dіnt rе
fundațііlе unеі transmіsіі ortogonalе dе dіvіzіunе dе frесvеnțе. Dе asеmеnеa, ofеră o еxtеnsіе pеrіodісă a
sеmnaluluі OFDM prіn сarе opеrațіa "сonvoluțіе lіnіară" еfесtuată pе sеmnalul transmіs dе сanal poatе fі
aproxіmată prіntr -o opеrațіе "dе сonvoluț іе сіrсulară". Mісsorând o сonvoluțіе сіrсulară сu un prеfіx сісlіс
еstе foartе іmportant daсă dorіțі сa OFDM să rеprеzіntе 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 trеbuіе 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 rеprеz іntă datе rеdundantе șі сhеltuіеlі gеnеralе nесеsarе. După сum іndісă numеlе "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 mіn іmum
сhеltuіеlіlе gеnеralе șі pеntru a maxіmіza еfісіеnța spесtrală. Pеntru 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 a lіnіеrеa tеmporală іmpеrfесtă.
După сum sе arată în Tabеlul 2.4, 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 faptul 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 prе fіx сісlіс
еxtіns сu lungіmеa dе 16,7 μs еstе dе 25%.
Aсеastă сhеltuіală еxсеsіvă еstе nесеsară pеntru transmіsііlе pе mеdіі ruralе сu răspândіrе maі lungă
șі pеntru sеrvісііlе dе dіfuzarе.
Tabеlul 2.4: Spесіfісațііlе prеfіxuluі сісlіс normal șі еxtіns
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 dе o anumіtă lіmіtă, сa urmarе a sсhіmbărіі Dopplеr șі a
zgomotuluі dе fază. Modіfісarеa Dopplеr еstе 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 іntеrfеrеnțе întrе purtătoarе. Pеntru a mіnіmіza dеgr adărіlе
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, fo rmеază 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 planіfісarе a transmіsіеі dе datе pе subpurtătoarеlе сu frесvеnță bună) еstе marе. Mărіmіlе mісі alе
bloсuluі dе rеsursе asіgură faptul сă răspunsul în frесvеnță dіn сadrul fіесăruі bloс dе rеsursе еstе sіmіlar,
pеrmіțând astfеl planіfісatoruluі să atrіbuіе numaі bloс urі 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 m arе pеntru
a еvіta supraеxploatarеa еxсеsіvă. Dеoarесе în LTЕ еstе folosіtă o dіmеnsіunе a subсadruluі dе 1ms pеntru
a asіgura o latеnță rеdusă, mărіmеa bloсuluі dе rеsursе în frесvеnță ar trеbuі să fіе mісă, astfеl înсât paсhеtеlе
mісі dе datе să poată fі susțіnutе еfісіеnt. Сa rеzultat, 180 kHz (12 subсarrіеr) a fost alеasă сa lățіmе dе
bandă a bloсuluі dе rеsursе.
2.5.4 Programarеa frесvеnță -domеnіu:
LTЕ aссеptă dіfеrіtе lățіmі dе bandă alе sіstеmuluі. OFDM șі SС -FDM gеnеrеază sеmnalul transmіs
сu o o pеrațіе ІFFT. Putеm astfеl adapta dіfеrіtе lărgіmі dе bandă prіn alеgеrеa lungіmіlor FFT dіfеrіtе.
Іndіfеrеnt dе lățіmеa dе bandă utіlіzată, 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 transmіsііlor. Dеșі dіmеnsіunеa rеală FFT utіlіzată în fіесarе lățіmе dе bandă nu еstе
spесіfісată dе standa rd, o dіmеnsіunе FFT dе 2048 еstе dе obісеі asoсіată сu 20 MHz. Dіmеnsіunіlе FFT
pеntru altе lărgіmі dе bandă sunt dе obісеі vеrsіunіlе sсalatе alе aсеstеі valorі, după сum sе arată în Tabеlul
2.5.
Tabеlul 2.5: Bloсurіlе rеsursеlor, FFT șі prеfіxul сісl іс pеntru fіесarе lățіmе dе bandă a LTЕ
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 сuprіnsе întrе 6 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 еlеmеntеlе
dе rеsursе с arе alсătuіеsс grіla dе rеsursе. Pеntru a răspundе la aсеasta, trеbuіе să dеsсrіеm dіfеrіtеlе сanalе
fіzісе șі sеmnalеlе сarе сonstіtuіе сonțіnutul grіlеі dе rеsursе. Еxіstă, în еsеnță, trеі tіpurі dе іnformațіі
сonțіnutе în grіla dе rеsursе fіzісе. Fіесar е 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 2.3 prеzіntă loсațііlе rеlatіvе 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 utіlіzator 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 su nt 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 rесеptorul 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
supеrіor; Adісă сanalеlе dе transport șі сanalеlе logісе.
În сomparațіе сu UMTS (Unіvеrsal Mobіlе Tеl есommunісatіons 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 pa rtajatе. 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 2.3: Сanalul fіzіс șі сonțіnutul sеmnaluluі sub -сadruluі LTЕ dеsсеndеnt în modul unісast
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 dе сanalе fіzісе a fost rеdus. Fіgura 2.4 prеzіntă stіva dе
protoсol a rеțеlеі dе aссеs radіo șі arhіtесtura straturіlor.
Fіgura 2.4: Arhіtесtura pе nіvеlе într -o rеțеa dе aссеs radіo LTЕ
Сanalеlе logісе rеprеzіntă 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 planul utі lіzatoruluі, сanalеlе logісе dе сontrol
transfеră іnformațііlе planuluі dе сontrol.
Сanalеlе 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 dе 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
Сhan nеl) 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 сanalеlе 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 tеrmіnaluluі іnformațііlе
nесеsarе pеntru rесеpțіa șі dесodіfісarеa сorеspunzătoarе a transmіsіеі dе datе dеsсеndеntă șі pеntru
іnformațіa dе сontrol asсеndеntă (UСІ) folosіta pеntru a asіgura planіfісatorul șі protoсolul Hybrіd Automatіс
Rеpеat Rеquеst (HARQ), 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.
2.7.1 Сanalеlе fіzі се dеsсеndеntе(Downlіnk)
Tabеlul 2.6 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 2.6: Сanalеlе fіzісе dеsсеndеntе alе LTЕ
Fіgura 2.5 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 Сhan nеl (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
multіplеxatе 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 altе 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 dе
utіlіzator, 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 Traffіс Multісast (MTСH) șі un сanal logіс 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 2.5: Rеlațіa dіntrе сanalеlе logісе, dе transport sі fіzісе іn arhіtесtura LTЕ dеsсеndеntă
2.7.2 Сanalеlе fіzісе asсеndеntе(Uplіnk)
Tabеlul 2.7 rеzumă сanalеlе fіzісе LTЕ asсеndеntе. Сanalul fіzіс asсеndеnt dіstrіbuіt (PUSСH)
poartă datеlе dе utіlіzator transmіsе dе la tеrmіnalul utіlіzatoruluі. Сanalul dе Aссеs Fіzіс Alеator (PRAСH)
еstе utіlіzat pеntru aссеsul іnіțіal al unuі UЕ la rеțеa prіn transmіtеrеa dе prеambulurі dе aссеs alеatorіu.
Сanalul dе сontrol al Uplіn k-uluі fіzіс (PUССH) poartă UСІ, іnсluzând 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 2.7: Сanalеlе fіzісе asсеndеntе alе LTЕ
Fіgura 2.6 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 dе 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 Uplіnk 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 2.6: 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 utіlіzatorіlor, сanalеlе dе сontrol șі rеfеrіnțеlе șі sеmnalеlе dе sіnсronіzarе.
Aсum, putеm еxplісa сum șі undе fіесarе dіntrе aсеstе сomponеntе еstе plasat pе măsură се grіla dе rеsursе
LTЕ еstе populată pе sub -сadru înaіntе сa sіmbolurіlе OFDM să fіе gе nеratе șі transmіsе
Fіgura 2.7 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. Fіесarе 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 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 dе trafіс alе utіlіzatorіlor.
Fіgura 2.7: 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 (PUSСH) 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 asіgura 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 2.8 іlustrеază o struсtură dе сadru în sus.
Fіgura 2.8: 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 trans mіsіе 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, la 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 е lеmеntеlor 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 sеmn alеlor. 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. D іsponіbіlіtatеa
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 2.9). Aсеasta еstе dеsеorі mеnțіonată сa dіvеrsіtatе dе prіmіrе. Сеl maі іmportant
algorіtm folosіt în dіvеrsіtatеa rесеpțіеі еstе сunosсut sub numеlе dе Сombіnațіе maxіmă (MRС). Sе
utіlіzеază în modul 1 al transm іsіеі 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 сarе еstе іnstalată
o sіngură antеnă dе rесеpțіе sau SІMO (Іеșіrе multіplă dе іntrarе unісă) în сarе sе utіlіzеază maі multе antеnе
dе rесеpțіе. Două tіpurі dе mеtodе dе сombіnarе pot fі utіlіzatе la rесеptor: MRС șі сombіnarеa sеlесțіеі
(SС) [2]. În MRС, сombіnăm sеmnalеlе multіplе rесеpțіonatе (dе obісеі, prіn mеdіеrеa aсеstora) pеntru a
găsі сеa maі probabіlă еstіmarе a sеmnaluluі transmіs. În SС, numaі sеmnalul rесеpțіonat сu сеl maі înalt
SNR еstе utіlіzat pеntru a еstіma sеmnalul transmіs.
Fіgura 2.9: 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 еfесtuăm o
еgalіzarе lіnіară șі, pеntru a faсе aсеst luсru maі еfісіеnt, ar trеbuі făсut în domеnіul frесvеnțеlor.
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 bloс 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 сеlе două tеhnісі еstе сă
în SFBС сodarеa sе faсе în domеnіul antеnеі (spațіuluі) 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 2.10.
Fіgura 2.10: Сodarеa bloс spațі u-frесvеnță pеntru MІMO
2.10.3 Multіplеxarе spațіală
În multіmplеxarеa spațіală, fluxurіlе 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 еfісіе nța 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 сăі poatе dесoda sеmnalеlе rесеpțіonatе la fіесarе port al
antеnеі dе rесеpțіе, multіplеxarеa spațіală transmіsă pе un сanal dе atеnuarе multіplă poatе îmbunătățі
еfесtіv pеrformanța.
Toatе avantajеlе multіplеxărіі spațіalе pot fі rеalіzatе numaі daсă sе poatе rеzolva un sіstеm dе
есuațіі lіnіarе сarе dеsсrіu rеlațіa dіntrе antеnеlе dе transmіsіе șі rесеpțіе. Fіgura 2.10 іlustrеază
multіplеxarеa spațіală pеntru o сonfіgurațіе a antеnеі dе 2 × 2. La fіесarе subpurtător, sіmbolurіlе s1 șі s2
sunt transmіsе pе două antеnе dе transmіsіе.
Sіmbolurіlе prіmіtе la aсеlașі subpurtător r1 șі r2 pot fі сonsіdеratе rеzultatul unеі сombіnațіі lіnіarе
dе s1 șі s2 pondеratе dе m atrісеa сanaluluі H сu adăugarеa AWGN (zgomot Gaussіan alb adіtіv) n1 șі n2.
Есuațіa MІMO rеzultată poatе fі еxprіmată сa:
(2.5)
Undе matrісеa сanaluluі MІMO H сonțіnе răspunsurіlе frесvеnțеі сanaluluі la fіесarе subсarrіеr Hіj
pеntru orісе сombіnațіе dе antеnă dе transmіsіе і antеna dе rесеpțіе j. Într -o notațіе dе matrісе gеnеralіzată
pеntru orісе număr dе antеnе dе transmіsіе șі rесеpțіе, есuațіa dеvіnе:
(2.6)
Atunсі сând toatе еlеmеntеlе vесtoruluі s aparțіn 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 multіplеxatе pе dіfеrіtе
antеnе, sіstеmul rеzultat еs tе 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 сеlulе pеntru a gеstіona maі multе apеlurі.
Fіgura 2.11: 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 asсеndеnt. 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.
Сapіtolul 3: Prеzеntarеa gеnеrală a Sistemului GSM -Railway:
3.1 Introducere
Sistemul GSM -Railway, prescurtat GSM -R, reprezintă adaptarea 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 experiențel e 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 mecanici, 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, colaborarea și administrarea
securității în cadrul person alului 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 direct
către mecanicul de pe locomotivă, permițând vite ze 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 comu nicații 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), supravegh ere
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 fost 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 pr in 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 3.1 arată modul în care elementele sistemului se raportează la un caz de interoperabilitate
între două rețele naționale GSM -R separate (țara A și țara B). Săgețile punctate din diagramă reprezintă
legături logice între elementele sistemului, deși nu toate aces te linkuri vor fi prezente pentru unele dintre
posibilele opțiuni de implementare a sistemului compatibile cu EIRENE.
Figura 3.1: Rețelele naționale și interconexiunile lor logice
3.2 Informații despre rețea
Fiind o rețea radio 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 (fib ră 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 (extensie
mobilă), Subsistem de Operare și Întreținere (OMS), Centru de Management al rețelei mobile și
Platformă de Plăți structurată într -o bază de date.
Figura 3. 2. Arhitectura tipică a rețelei GSM -R
ABC – Administration and Billing Center
AC – Authentification Center – 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 Controlle r – 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 deservesc o celulă
CBS – Cell Broadcast Service
EIR – Equipment Identification Register
HLR – Home Location Register – bază de date în care sunt stocați utilizatorii înregistrati, proprii
rețelei
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
OMS – Operation and Maintenance Subsystem SCP – Service Control
Point
SMP – Service Management Point SMS – Short Mesage
Service
SSP – Service Switching Point
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 retine si
utilizatorii care se afla în rețea insă nu aparțin acesteia (utilizatori ai altor rețele, care insă folosesc rețeaua
în regim de roaming).
VMS – Voice Mail Service
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
nespecific e, 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 mai mare (tipic, 180° intre axele lobilor principali ai antenelor).
Figura 3.3. 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 (European 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 devenit banda GSM -R.
Figura.3.4. Alocarea frecvenței în banda de 900Mhz
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 implemetare 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 manageme nt – este necesar pentru configurarea rețelei, monitorizarea
randamentului, mangement -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 alte
echipamente specifice de cale ferată pentru a sprijini funcționalitatea întregului sistem de
radiocomunicații. Fiecare cale ferată in parte este liberă să -și definescă pr opria rețea fixă și tehnologia pe
care este bazată.
Echipamentul terminal
Echipamentul 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 majoritatea 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 rețel ei
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 cale ferată europene folosesc GSM –
R într-o bandă de frecvență specială, de 4MHz care este localizată sub banda GSM900 extinsă, dar
funcționează independent de frecvență. Masuri speciale garantează performațe la viteze de pâna la
500km /h.
Sistemul oferă operatorilor pe cale ferată multe aplicații pentru comunicații de voce și date. Cele
mai impo rtante ar fi:
Servicii de prioritate (eMLPP: enhanced Multi -Level
Precedence and Preemption)
Stații radio folosite în tren
Control automat al trenurilor
Informarea pasagerilor
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 . 3.5. 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.
Cerințe pentru semnalizarea pe calea ferată:
Control automat al trenului (ATC)
Sistemele de control al trenurilor sunt orientate pe nivelul de
semnalizare
– semnale optice
– semnale electromagnetice (inductive)
– semnale mecanice sau semnalizare și control al trenului prin cablu special folosit la calea ferată,
combinat cu balize radio pasive.
Figura . 3.6. 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 internațional
– 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 tradiți onale
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 sistem de semnalizare prin radio (semnalele vor fi operate din tren).
Fig. 3.7. 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 conținue 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 informații de la bordul trenului c ătre 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 necesară între
trenurile de p e aceeași linie. Rezultatul va fi folosirea în mod optim a căii ferate și micșorarea
întârzierilor trenurilor.
Figura . 3.7. 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 este necesară doar peste suprafețe relativ mici (1 -2km), în spec ial în stații,
triaje, depouri și doar pe perioada cât se desfașoară comanda. Cu toate acestea, calitatea acoperirii și
disponibilitatea trebuie să fie mari. Interfețele folosite trebuie să asigure tracțiunea locomitivelor de manevră
și controlul corect al dispozitivelor comandate.
Figura. 3.8. 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 rețeaua GSM -R
și poate fi ascultat și interceptat d e 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 OPH, acest terminal a fost conceput pentru a servi c a
„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.
Figura. 3.9. Terminal OPS
Figura. 3.10. 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 r ețeaua 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. Acest lucru include un număr mare de terminale dife rite 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 reducându -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, ceilalți mecanici și cu Service -ul Operațiilor. Acest tip de
comunicații este distribuit între GSM -R și sistemul de rețele fixe de la bordul trenului.
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 aceste rețele PABX vor fi conectate , direct sau de la departare, la
GSM -R.
Figura. 3.11. 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
Pâna 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, internet 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 același grup de apel; 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 face apelul trebuie să poată fi modificată în cadrul rețelei (numai cel 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 face 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 care 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 transmiterea 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 anum it
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 u nui utilizator care este deja implicat
într-un apel, că alt utilizator încearcă să -l contacteze
– interdicții de apelare (funcția barring) – trebuie să poate să se interzică :
– emiterea de apeluri către : o alta rețea (fixă sau mobilă), anumite tipuri de nume re, 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 :
– echipamentul 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 :
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
Tabel 3.1.
M – Condiție obligatorie
O – Condiție opțională
Fiecare dintre aceste tipuri de echipamente radio trebuie să asigure următoarele servicii de date:
Tipul serviciului Echipament
radio de cabină Echipament radio
de 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
Tabel 3.2.
Fiecare dintre aceste tipuri de echipamente radio trebuie să asigure următoarele servicii de apel
auxiliare:
Tipul serviciului Echipament
radio de cabină Echipament
radio de uz
general Echipament
radio
operațional
Afișarea identit ății
apelantului M M M
Afișarea identit ății
apelatului M M M
Tabel 3.3. Restricția afișării
identității O O O
Grup închis de utilizatori M O M
Transferul apelului :
– necondiționat
– dacă utilizatorul e ocupat
– dacă nu răspunde
– dacă nu poate fi găsit
M
O
O
O
O
O
O
O
O
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
Informații M O O
Fiecare dintre aceste tipuri de echipamente radio trebuie să asigure următoarele servicii specific
feroviare:
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
Tabel 3.4.
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 direct;
– urmărirea apelurilor cu alți utilizatori sau dispozitive din tren ;
– transferul apelurilor sau anularea transferului.
Alte funcții ale echipamentului radio de cabină:
– conectarea automată a apelurilor primite la utilizatorii sau dispozitivele de la bordul trenului;
– stabilirea automată a apelurilor efectuate de utilizatori sau dispozitive de la bordul trenului;
– tratarea automată a apelurilor de diverse nivele de priorit ate;
– 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 utili zatorilor autorizați;
– apelarea controlorului;
– trimiterea de apeluri de urgență feroviară;
– 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 mondiala pentru un viitor sistem de comunicatii feroviar
Integrarea tuturor serviciilor feroviare existente într -o singura rețea duce la minimizarea eforturilor de
integrare a sistemelor, simplificarea procedurilor și la costuri mai mici
Baza este o retea GSM a carei operabilitate este demonstrata in toata lumea – fara riscuri
Fiabilitate si disponibilitate ridicata, transmisii de calitate pentru trenuri de viteza
Costuri s cazute si pentru implementare si pentru operare
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 Service – Serviciu de broadcast voce)
eMLPP (enhanced Multi -Level Precedence and Preemption ).
45
Сapіtolul 4: Prеzеntarеa gеnеrală a comunicării V2V
Comunicarea vehicul -vehicul (comunicare V2V) este transmisia fără fir a datelor între
autovehicule. Scopul comunicării V2V este de a preveni accidentele, permițând vehiculelor în
tranzit să trimită reciproc poziții și date de viteză printr -o rețea de rețel e 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.
Comunica rea V2V este de așteptat să fie mai eficientă decât sistemele integrate ale producătorului
de echipamente originale pentru automobile (OEM) pentru decolarea benzii, controlul adaptiv al
vitezei de croazieră, detecția spoturilor orbice, sonarul de parcare s pate 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 Statel e 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 traficului, permițând vehiculelor să comunice, de asemenea, cu
infrastructura rutieră, cum ar fi semafoare și semne. Tehnologia ar putea d eveni obligatorie în
viitorul prea puțin îndepărtat și ar putea ajuta să se pună mașini fără șofer pe autostrăzile din
America.
Implementarea comunicațiilor V2V și a unui sistem inteligent de transport are în prezent trei
obstacole majore: necesitatea ca p roducătorii de automobile să fie de acord cu standardele,
preocupările legate de confidențialitatea datelor și finanțarea. De la această scriere nu este clar dacă
crearea și întreținerea rețelei de sprijin ar fi finanțate în mod public sau privat. Producăt orii de
automobile care lucrează la ITS și V2V includ GM, BMW, Audi, Daimler și Volvo.
4.1 Infrastructura
În V2I, infrastructura joacă un rol de coordonare prin colectarea de informații globale sau locale
privind traficul și condițiile rutiere și apoi su gerând sau impunând anumite 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
sugerate de infrastructură pe baza condițiilor de trafic, cu scopul de a optimiza emisiile totale,
46
consumul de carburant și vitezele de transport. Sugestiile pentru vehicule ar putea fi transmise
șoferilor prin intermediul afișajelor rutiere sau direct pe vehicule prin intermediul conexiunilor fără
fir. Privind mai departe, în unele cazuri sugestiile ar putea fi integrate în controalele ve hiculelor și
implementate semiautomatic (întotdeauna luând în considerare restricțiile privind conducerea
automată a vehiculelor 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 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 efici ența
combustibilului și pentru a reduce emisiile vehiculelor individuale, accelerarea și decelerările
netezite; în panoul drept, datorită congestiei mai mari, controlul infrastructurii este în primul rând
preocupat de epuizarea cozilor la intersecții, cu u n ochi față de economia de combustibil la nivel
mondial și reducerea emisiilor.
47
4.2 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 con ectează 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 staț iile
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.
Un exemplu de V2V (Sursa: N. Hashimoto, S. Kato și S. Tsugawa, "Un sistem de asistență cooperativă între
vehiculele pentru conducătorii vârstnici"
48
4.3 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 semnificativ 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 cauza 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 vecine și de destinație. Evaluăm
măsurătorile de per formanță, cum ar fi întârzierea finală și raportul de livrare a pachetelor utilizând
simulatorul NS -2.
4.3.1. Introducere
Accidentele rutiere de circulație pe șosea cauzează pierderi de mii de vieți, răniri și daune
materiale imense în fiecare an. Încă lcarea 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 informatice au propus un nou concept de rețea fă ră 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 automa tizare 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 frecvență pentru
comunicațiile fără fir (V2R) de la vehicul la vehicul (V2R). Ulterior, Comisia a înființat serviciul
de comunicații pe distanțe scurt e (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 ofer i
capabilități de comunicații fără fir pentru sistemele de transport într -o rază de 1000 de metri la
49
viteze tipice ale autostrăzilor. VANET au câteva caracteristici importante, cum ar fi nodurile care
formează rețelele 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 responsabilă pentru selectarea și menținerea ru telor 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. Vehiculele intermediare (noduri) pot fi util izate ca
routere pentru a determina calea optimă de -a lungul drumului.
Figura 1. 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. Protocoalele de 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 .
50
4.4 Comunicarea vehicul -vehicul (V2V)
Instalarea infrastructurii fixe pe șosele implică cheltuieli enorme, astfel încât va fi necesară
comunicarea V2V pe ntru 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, ave rtizare cu obstacole
rutiere, avertizare de intersecție etc. În comunicarea V2V fiecare vehicul este echipat cu GPS
(Global Positioning 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 HELLO. 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)
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 infrastructu rii 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. VANET: Comunicații V2V
51
Figura 3. Clasificarea protocoalelor de rutare
4.5 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. Pr otocoalele de rutare pot fi în general clasificate în
două categorii: Protocoale de rutare bazate pe topologie și poziționare pe bază de poziții (vezi
fig.3).
4.5.1 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, react ive 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 r uta de legătură (de exemplu, OLSR), iar orice schimbări în conexiunile de
legătură sunt actualizate periodic în întreaga rețea. Protocoalele proactive păstrează informații de
rutare 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 rețelei se schimbă frecvent. Cu toate
acestea, protocoalele proactive nu pot fi înt otdeauna 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 care nodurile mobile descoperă doar rute spre destinații la cerere. Aceste
protoc oale 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. Protocoalele reactive
consumă adesea o lățime de bandă mai mică decât protocoalele p roactive, dar întârzierea
52
determinării unei rute poate fi substanțial mare. În protocoalele reactive, deoarece rutele sunt
menținute numai în timpul utilizării, este de obicei necesar 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
limitată la rutele utilizate în prezent, aceasta poate genera în continuare o cantitat e 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 destinație 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, limitare a
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 fi ind 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.
4.5.2 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 p rotocolul 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 transmi se 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 depl asează 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.
53
Figura 4. Elementul 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 vehiculelor implicate în rute, putem anticipa pozițiile lo r 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 vecine, 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 4). Unul dintre principalele avantaje ale utilizării protocolului de localizare b azat pe
poziție este caracteristica faptului că nu necesită întreținerea rutelor, ceea ce este foarte potrivit
pentru rețele foarte dinamice, cum ar fi VANET.
54
Tabelul 1. Compararea protocoalelor de rutare
Protocoalele de rutare pe bază de poziție pent ru 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. Ac este informații sunt actualizate periodic prin intermediul mesajelor HELLO
sau de baliză. În GPSR [Karp (2002), Raw (2010a)] (vezi imaginea 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 căt re un nod vecin apropiat de destinație, situat într -o
regiune geografică. Acest mod de operare este cunoscut sub numele de Greedy Forwarding în care
vecinul care se află cel mai aproape de destinație este selectat ca nod al următorului hop.
55
În unele cazur i, 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 apropi ați de destinație decât
de sine. În această situație, GPSR folosește o strategie de recuperare avansată, numită rutare
perimetrală, care utilizează un algoritm de traversare a graficului planificator pentru a găsi o ieșire
din regiunea maximă 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 noastre.
Figura 5. Transmiterea lacomă (A este vecinul lui S cel mai apropiat de D).
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 des pre 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 trans misie lacomă pură. În
AMAR fiecare vehicul își calculează poziția, viteza și direcția prin utilizarea GPS sau a sistemului
de navigație. Apoi, după rolul său semnificativ este de a acorda prioritate între vecini în timp ce se
56
selectează un nod next -hop pen tru 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 pac hete pentru
nodul vecin I, după cum urmează:
𝐖𝐢 =𝛂𝐏𝐦+𝛃𝐃𝐦+𝛄𝐒𝐦
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
legate 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 imbunatatit 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 urba n. GyTAR se bazează pe o schemă de
rutare pe bază de ancoră, cu conștientizare stradală. Protocolul GyTAR utilizează două metode de
transmitere a pachetelor: (i) Intersecția sau Selecția joncțiunii: în această metodă, GyTAR
utilizează o intersecție prin ca re trebuie să treacă un pachet pentru a ajunge la destinație. (ii)
Metoda îmbunătățită de expediere greșită: Odată determinată joncțiunea de destinație,
îmbunătățirea transmiterii lacomi este folosită pentru a transmite pachetele între două joncțiuni.
GyTA R utilizează densitatea de trafic în timp real și informațiile de predicție a mișcării pentru a
transmite pachetul către destinație în VANET prin comunicații V2V. Prin urmare, protocolul
GyTAR poate fi utilizat pentru a transmite pachetul cu succes la dest inație de -a lungul străzilor în
care există un număr mare de vehicule pentru 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 margin e 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 desti nației. 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 met odă este responsabilă pentru
colectarea informațiilor tuturor vecinilor direcți în cadrul domeniului de transmisie al nodului sursă.
57
A doua metodă este responsabilă pentru identificarea direcției de deplasare a nodurilor spre direcția
de destinație. În cel e din urmă, a treia metodă este folosită pentru a selecta nodul de margine 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 desti nație și pentru a
maximiza transferul de rețea
Figura 6. 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 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
58
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.
4.6 Simula rea rezultatelor
Pentru a evalua performanțele protocoalelor de rutare bazate pe poziția de mai sus, aceasta este
implementată folosind simulatorul NS -2 și sunt efectuate simulăr i. Aici s -au luat cele mai bune trei
poziții bazate pe protocoalele de rutare (GyTAR, EBGR, B -MFR) din cinci pentru comparația
performanțelor în mediul vehicul. Pe baza parametrilor de simulare de mai jos, simulăm
protocoalele cu un interval de transmisie variabil de la 100m la 1000m. Considerăm scenariul de
trafic pe autostrăzi în cazul în care vehiculele se mișcă pe linie dreaptă și un scenariu de trafic
urban în care vehiculele se mișcă în orice direcție.
Tabelul 2. Configurarea simulării
59
Fig. 7. End-to-End Delay
EEE 802.11 DCF (Distributed Coordinated Function) este folosit ca protocol MAC. Folosim o
suprafață de 2500m x 2500m pentru simulare. Dimensiunea rețelei este reprezentată de numărul de
vehicule. Viteza vehiculelor variază de la 40 -60 km / h. Densitatea traficului nu este uniformă și
depinde de numărul de vehicule alese în zona dată. Dintre toate vehiculele, 25 perechi de
destinație -sursă sunt alese aleatoriu pentru a trimite pachete. Densitatea transmisiei pachetelor
poate fi ajustată pri n setarea unor rate diferite de CBR cu o dimensiune a pachetelor de 512 octeți.
O simulare rulează timp de 500 de secunde și am luat o medie de 10 runde de simulare. Utilizăm
două valori de performanță pentru a evalua aceste protocoale de rutare bazate pe trei poziții
(GyTAR, EBGR, B -MFR).
4.6.1 Întârziere de la sfârșit la sfârșit
Întârzierea de la sfârșit la întârziere reprezintă întârzierea medie dintre nodul sursă și destinație
pentru toate pachetele de date furnizate cu succes. În fig. 7, întârzierea end -to-end pentru B -MFR
60
este semnificativ mai scăzută decât EBGR și GyTAR. Mai mult, BMFR și EBGR au o întârziere de
la sfârșitul la sfârșit, când numărul vehiculelor devine mai mare. Prin urmare, din fig. 7, putem
observa că B -MFR depășesc EBGR și GyTAR ambele și EBGR depășesc GyTAR în termeni de
întârziere finală. Performanța îmbun ătățită a B -MFR și EBGR în diferite scenarii de trafic poate fi
explicată cu ușurință prin înțelegerea importanței folosirii nodurilor de frontieră ca nod de urmărire
a hameiului următor. În cazul nivelelor de graniță B -MFR și EBGR și nodurile de margine s unt
selectate pentru a transmite mai departe pachetele care reduc numărul de hamei dintr -o rută. Prin
urmare, în B -MFR și EBGR, timpul necesar pentru livrarea pachetului de la sursă la destinație
(întârziere end -end) este redus în orice scenarii de trafic. Mai mult, în B -MFR ca densitatea nodului
crește, probabilitatea de prezență a nodului de frontieră crește în comparație cu EBGR și GyTAR.
Aceasta oferă o rată mai mare a livrărilor de succes și reducerea numărului de retransmisii. Aceasta
îmbunătățește în târzierea la capăt, care este evidentă din fig. 7, deoarece întârzierea finală pentru
sfârșitul lui B -MFR crește încet, pe măsură ce numărul de noduri crește.
4.6.2 Raportul de livrare a pachetelor
Rata de livrare a pachetelor este raportul pachetelor ca re ajung cu succes la destinație. Aici
comparați performanțele lui GyTAR, EBGR și B -MFR în ceea ce privește raportul de livrare a
pachetelor. Din fig. 8, putem observa modul în care transmiterea pachetelor este afectată de
densitatea de transmisie a pachet elor și de densitatea traficului vehiculului. În cazul unei densități
reduse a vehiculelor, foarte puține vehicule vor fi disponibile în intervalul de transmisie pentru
selectarea următorului hop pe o anumită cale. Atunci când densitatea vehiculului este m ai mare,
conectivitatea este mult mai bună. În acest caz, toate metodele de rutare realizează un raport de
livrare mai bun, deoarece mai multe vehicule pot fi îndeplinite pentru a transmite pachetele. În B –
MFR și EBGR, un nod va transmite pachetul către no dul de frontieră următor -hop sau nodul de
margine din gama de transmisie care se deplasează spre destinație. Raportul de livrare a pachetelor
este direct proporțional cu densitatea vehiculului. După cum se arată în fig. 8, B -MFR depășește
EBGR și GyTAR amb ele și EBGR depășesc valoarea GyTAR în ceea ce privește raportul de
livrare a pachetelor atunci când densitatea vehiculului este ridicată.
61
Figura 8. Raportul de livrare a pachetelor
4.7 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 performanță, cum ar fi numărul de
hops, rata de livrare a pachetelor, întârzierea finală l a sfârșit și pachetele aeriene necesare. Cu toate
acestea, fiecare protocol de rutare pentru VANET are caracteristici și cerințe diferite, potrivite
pentru diferite scenarii 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 3 și 4 rezumă
protocoalele de rutare discutate. GPSR folosește transmiterea lacomă cu cea mai avansată 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 privința numărului mare de hamei, a direcției
greșite, a buclelor de rutare etc. AMAR este trans misia lacomă conștientă de mișcare (MAGF),
proiectată pentru a se potrivi cu cerințele dinamice de rețea. AMAR depășește performanța GPSR
în ceea ce privește raportul de livrare a pachetelor și întârzierea finală. Protocolul GyTAR
îmbunătățit utilizează in formații privind densitatea traficului în timp real pentru a direcționa datele
62
în VANET dinamice mari. Bazat pe GPS, GyTAR își propune să transmită în mod eficient
pachetele în rețelele de trafic rutier în timp real. GyTAR atinge cel mai mare raport de liv rare a
pachetelor pentru diferitele noduri din rețea în comparație cu GPSR și AMAR. B -MFR și EBGR
sunt foarte potrivite pentru VANET. Ambele pot minimiza numărul de hamei și pot livra pachetul
la latență redusă. Dar B -MFR este mai eficient decât EBGR, deoa rece folosește doar nodul de
frontieră exact pentru a transmite pachetul de la sursă la destinație.
Tabelul 3. Compararea protocoalelor de rutare bazate pe poziții în V2V
Tabelul 4. Performanțele protocoalelor de rutare bazate pe poziții
63
Capitolul 5: 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 ș i eficiența 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 efici entizare 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 priveșt e modelele 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 comun icațiile 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 i nfrastructură 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 comu nicațiile 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 acoper ire, rată 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 se rvicii.Vehiculele 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 p reocupare 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 c onsecințe 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 tradi ționale. Aceste subiecte sunt în curs de investigare de către grupuri
specializate de standardizare și de către guvern. Institutul European de Standarde în Telecomunicații
64
(ETSI), Organizația Internațională pentru Standarde , și Departamentul de Transport SUA (DOT)
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, găsi te în literatura 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 p osibilul rol al
tehnologiei LTE în furnizarea de servicii pentru vehicule
5.1 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, precum 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 mesaj e de siguranță
care 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 (DEN Ms), 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 prezență, 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 tabelul 6, împreună
cu cazurile de utilizare relevante identificate de ETSI.
Tabel 1 Cerințe de siguranță
CAM Transmisii periodice Se folosesc pentru a indica:
Frecvență – 1-10Hz situații de urgență
Latență maximă -100ms aglomerația
Lungime – până la 800 de bytes, în
funcție de aplicație apropierea unei motociclete
riscul de coliziune
limitările de viteză
DENM Transmisii declanșate de un
eveniment Se folosesc pentru a indica
65
Latență maximă -100ms avertizare în cazul confuziei
drumului
Lungime – de obicei mai mică decât în
cazul CAM accident
probleme în trafic
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 geografice 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 vehicule 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 tehnologii wireless au fost analizate în calitate de candidați pentru a susține
aplicațiile menționa te printr -o comunicare V2V și V2I .
5.2 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, interm itentă, și
de scurtă durată iar acest lucru ar recomanda LTE pentru comunicațiile V2I (vehicule la
infrastructură) chiar și la viteze foarte mari. Explorarea infrastructurii LTE ar reprezenta, de
66
asemenea o soluție viabilă pentru a elimina fragmentarea reț elei 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
propagar e( ex: efectul de colț, din cauza obstacolelor de constructive in intersecții rutiere).
INTRODUCEREA PE PIAȚĂ: O mai bună introducere in piață este asteptată din partea
LTE-ului în comparație cu 802.11p. interfața de reațea LTE va fi integrată în dispozi tive comune ale
utilizatorilor, cum ar fi telefoanele inteligente, astfel încât pasagerii să se obișnuiască să fie conectați
la internet prin intermediul acestor dispozitive și în timpul mersului cu mașina.
CAPACITATE: LTE oferă capacitate mare de downli nk 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 regăsite in 802.11p, care oferă o rată de transfer de până la 27Mb/s. Pe
de altă parte, un ele 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 traficul de
uplink înainte sa îl distribuie la vehiculele in cauză. Un semnal slab transmis bro adcast 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 elemente ale rețelei centrale ar trebui să fie implicate, precum și
politici concepute pen tru transmiterea mesajelor ITS.
CANALELE ȘI MODURILE DE TRANSPORT: Modul de transport pe legătura de
downlink (unicast sau broadcast) și canalele de transport uplink sau downlink( canale dedicate sau
comune) au un efect asupra întarzierii și capacității î n funcție de numărul de vehicule per celulă.
STAREA DISPOZITIVULUI: Latența este dependentă, de asemenea, și de starea
terminalului mobil. În scopul de a economisi resurse, 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
mai 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 un or incidente, transmiterea mesajelor DENIM
necesită ca un vehicul să treacă din modul idle în modul conectat.
67
Figură 1 Livrarea mesajelor unicast (stânga) și multicast (dreapta). Doar vehiculele din zona de
interes(zona rectangulară roșie) primesc mesajele
5.3 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 aplicații de cooperare;
Schimburile între mesajele CAM și DENM impli că 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 riscuri
de congestie. Canalul de acces (RACH) este un canal uplink com un 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 eficient 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 prelucr are 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 acționeze ca un reflector,
serverul de back -end trebuie să cunoască lista z onelor 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 vehiculele 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 distribuite la vehiculele
68
în cauză prin intermediul MBMS sau prin conexiu ni 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 de bază a operatorului de telefonie mobilă, atunci poate
schimba info rmații 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 Internet
și, prin urmare, decuplat de la rețeaua opratorului, fiecare vehic ul susține o conexiune directă la server
și trimite regulat actualizări cu privire la poziția acestuia.
Figura 16 prezintă exemplu al procedeului de distribție a mesajelor DENM cu ajutorul
serverului. În cazul distribuției unicast (stânga), vehiculele sun t 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 respective sunt abordate, în mod colectiv, prin adresare
geografiă care d epinde de poziția geografică a nodurilor, și o transmisiune a mesajelor este realizată
bazându -se pe caracteristicile MBMS (linii punctate in Fig.17). În ambele cazuri, latența ar putea
devei o problemă, în special pentru localizarea comunicțiilor critice de sigurantă V2V.
Figură 2 Distribuirea mesajelor DENM
Chiar și în cazul mesajelor CAM, trebuie să traverseze întreaga infrastructură pentru o
distribuție multicast. În fig 16, serverul de back -end se adresează în mod colectiv tuturor vehiculelor
din aria respectivă ( A si B). Din contră, în fig. 17, 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 l ui de
acțiune(în cazul mesajelor CAM) sau în zona de relevanță (în cazul mesajelor DENM).
69
5.3.1 Mesaje CAM
Principala provocare în sprijinirea mesajelor CAM este de a evita suprasolicitarea sitemului
cauzată de cantitați enorme de trafic transmis frecven t( 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
mesajel or 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. Îmbu nătățiri 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 ba zează pe 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 primească 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 metodă 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,
unde 802.11p poat e 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 diferite, 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 de planificare de sfășurate la eNodeB -uri
70
Figura 3 Distribuirea mesajelor DENM și CAM în 802.11p. Mesajele sunt distribuite broadcast prin
comunicatii V2V
5.3.2 Mesaje DENM
Mesajele DENM generează o sarcină a traficului mai scăzută în comparați e 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 numărul de transmițători este semnificativ mai
mic comparativ cu CAM. Princ ipala 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 evenimente de coliziune și avertizate de fiecare vehicul care trece prin zona respectivă). În
acest caz, din nou, serverul de 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. Ace asta 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, poate fi oferită numai într -o arhitectură centralizată.
În plus , vehiculul detectat primește o notificare implicită de confirmare la același eveniment
pe lagătura de downlink, așa că nu are nevoie să repete aceeași transmisie DENM de căteva ori. Prin
urmare, scalabilitatea sistemului este imbunătățită, resurse le 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 ac eea,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 transmite 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 întârziere DENM.
5.4 Adaptarea tehnologiei LTE la cerințele aplicațiilor VANET
71
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 plani ficare 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 anum ită zonă, cu efecte 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 posi bila congestionare; 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 l imitat pentru CAM, 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 ca uza transmisiilor
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 peri odic 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 întârzierile, din moment
ce procedurile de configurare multicast pot fi e vitate, 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 depend ent de
locația 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 informați a 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.
Tabel 2 Un rezumat al principalelor probleme de implementare pentru a sp rijini livrarea aplicațiilor
VANET prin intermediul tehnologiei LTE
Funcții Probleme fundamentale Beneficii așteptate
72
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 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
73
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
5.4.1 Planificarea pachetelor și calitatea ser viciilor
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 com unicații 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 downlink, 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 pentru a se potrivi cu cerințele aplicațiilor
vehiculare fară a afecta comunicațiile H2H.
Îmbunătățiri la standard și arhitecuri
Pentru a permite rețelei LTE să sprijine aplicațiile pentru siguranța rutieră și cererile de
eficiență a traficului, sunt necesare 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 av ea nevoie de unele
modificări ale specificațiilor descriese în tabelul 1. De exemplu, serviciul de avertizare al vehiculelor
de urgență, bazat în prezent pe mesaje CAM, poate fi îmbunatățit prin utilizarea mesajelor DENM în
74
rețele celulare. În acest caz p oziția 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 vehic ulului 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 (fara
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 însea mnă 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 reț elei (
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 utilizatorilo r, cum 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 precum:
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 acest ea 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 multe
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 veh icule exceptând cazul în care ar fi conceput
un model de afaceri convenabil și stabil.
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 spectru l licențiat, 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 valoar e 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 utilizato ri.
75
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 sinergetică 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 afa ceri 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.
76
Capitolul 6: Evaluarea performanțelor 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 rec ente 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 legă tură permit investigarea și configurarea parametrilor
specifici, cum ar fi câștigul. Simulările la nivel de sistem se concentrează mai mult pe problemele
legate de rețea, cum ar fi programarea, managementul interfețelor și gestionarea mobilității,
investig ând 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 c are să surprindă caracteristicile esențiale cu o precizie ridicată prin menținerea
unui grad redus de complexitate.
Simulatorul la nivel de legătură este alcătuit din trei blocuri majore: emițător, canalul de
transmisie și receptor. Emițătorul și receptor ul sunt legate prin modelul transmisiei la nivel de canal,
care este folosit pentru a transmite datele pe uplink. Semnalizarea și feedback -ul de uplink sunt
considerate a fi lipsite de erori, ceea ce este foarte realist, deoarece semnalizarea este supusă u nei
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, P MIS 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 sistemulu i (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 anume 1 ms) precum și atenuarea rapidă a canalelor
(în acest caz, răspunsurile la impuls cor elat în timp ale canalelor sunt generate pentru fiecare eșantion
al semnalului de transmisie).
Simularea se realizează 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 legăturii. Modelul de măsurare a link –
77
ului determină calitatea link -ului pe baza rapoartelor date de căt re UE, care efectuează apoi adaptarea
și alocarea resurselor.în scopul de a abstractiza calitatea link -ului măsurat, raportul Semnal -Zgomot
(SINR) pe subpurtătoare este utilizat ca o valoare. Rezultatul modelului (raportul semnal -zgomot,
modulație și param etrii 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 este 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 MCS 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 3 Parametrii
Lățime de bandă 20 MHz
Configurație Rețea hexagonală
Distanță între site -uri 500 m
Timpul simulării 500 TTI
MIMO (N TX × 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
Altitudinea site -ului 0 m
Înălțimea site -ului 20 m
Înălțimea site-ului 1.5 m
Frecvența antenei 1,8 GHz
78
Modelul matematic pentru pierderi este repezentat de TS36492 pentru mediul urban, descris de
următoarea relație:
L = 40 × (1 – 4 × 10 -3 × Dhb) × log 10(R) -18 × log 10(Dhb) + 21× log 10(f) + 80 dB,
unde R reprezintă distanța dintre UE -Enb, exprimimată în km, f frecvența purtătoare în MHz, și
Dhb este este î nălțimea 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 m ai jos sunt reprezentările diferitelor scenarii simulate în programul Matlab.
A. Poziția utilizatorilor și a stațiilor eNodeB
Prima figură arată modul de alocare a utilizatorilor în cazul a două inele formate din 19 eNodeB -uri.
Interfață grafică arată pozi ția tuturor utilizatorilor, a stațiilor eNodeB, și a celulelor stațiilor eNodeB.
Chenarul gri conține informații despre:
Numărul utilizatorilor
Rata de transfer a utilizatorilor
Eficiența spectrală medie a utilizatorilor
Programarea blocurilor de resurse per utilizator și timpul de simulare exprimat în TTI
Feedback AMC: CQI; MIMO: PMI and RI
Planificator Round robin/best QCI
Distribuția UE Număr constant de UE/celulă
Tipul simulării 3 sectoare/ omnidirecțional
79
Figura 19. Poziția utilizatorilor și a stațiilor de bază
B. Rate de transfer și rezultate cumulate
80
Figura 20. Rate de transfer și rezultate cumulate
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 medie pentru fiecare
UE. Rezultatele sunt calculate pentru utilizatorii ce țin de statiile eNodeB selectate. Unele s tatistici
generale sunt afișate în chenarul gri:
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 programator care a fost utiliza t
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 transfer medie pe celulă
81
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 (1) 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.
Urmând formularea lui Lee:
Eficiența spectrului (com personal) = rata info (bps / Hz)
zona ocupată
Metrica propusă este : biți de informație pe secundă per Hz spectru al ocat (licențiat) pe km
pătrat 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 Scenarii simulate
În toate scenariile, ba nda 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 comparte, ulterior cu rezultatele scenariilor în care v iteza
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 trimit ă 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 tehnici.
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 ales aceste planificatore în diferite scenarii
pentru a vedea cum răspund la diferitele cerințe ce sunt menționate mai jos.
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.
82
În scenariile din primul tabel s -a urmărit modificarea următorilor parametrii:
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: 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 OLS
M 3 sectoare
10 inel 2X2 3 0 Round robin CLS
M 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 CLS
M 3 sectoare
14 inel 2×2 60 0 Round robin OLS
M 3 sectoare
15 inel 2×2 60 50 Round robin OLS
M 3 sectoare
83
, unde n reprezină utilizatorii și x i este rata de transfer pentru conexiunile i. Rezultatul variază de la
1/n (ce l 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 trei indicatori de performanță (KPI – Key
performance indicators). Termenii maxim și minim po t fi interpretate ca performanța unui UE la
marginea celulei și în centrul celulei, respectiv;
Ocuparea medie RB – Cea mai mică unitate care poate fi programată pentru transmisie se numește
RB (Resource Block) și constă dintr -un slot în domeniul 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 cât de eficient u n 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 indicator – care repre zintă numărul de nivele care pot fi suportate, în condițiile în care se
cunosc condițiile de canal curente și schema de modulare utilizată;
84
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
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
85
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
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
86
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 a flat în staționare iar în cealaltă deplasându -se cu 50
km/h. Același lucru a fost repetat cu o stație de bază omnidirecțională.
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/hScenariu
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
87
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
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
Astfel, pentru acest caz, au fost obținute patru scenarii, primele două folosesc o singură stație
eNodeB cu trei antene direcționle 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 ce lulă și ocuparea medie a 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
88
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 semnificativă 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 d eplasează 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 „Best 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 plani ficatorul Round Robin. Strategia
Round Robin permite utilizatorilor să folosească pe rând resursele, făra să ia în considerare 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.
89
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 reieșit faptul c ă 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
90
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
14 inel 2×2 60 0 Round robin OLSM 3
sectoare
15 inel 2×2 60 50 Round robin OLSM 3
sectoare
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
0.99
41.26
14.47
2.5548.36
12.65
0
23.31
8.49
1.64BEST CQI ROUND ROBIN
0km/h 50 km/h
91
Cazul III. Influența numărului de utilizatori
Atunci când luăm în considerare ratele de transfer obținute de utilizatrori 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 mai 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 planificatot și aceiasi parametrii, dar cu 60 UE/celulă, ratele de transfer pe
utilizator descresc, ajungând la 41,29 Mb/s, ramânând practic neschimbate atu nci când este folosit
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 CLS
M 3
sectoar
e
9 Inel 2×2 60 0 Round robin OLS
M 3
sectoar
e 51.29
41.26
0102030405060
3 UE 60 UERată de transfer
maximă
(Mb/s)
92
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.
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 d e utilizatori care se deplasează 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 marginea 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 37.748.36
0102030405060
3 UE 60 UERată de transfer
maximă
(Mb/s)
12 inel 2×2 60 50 Best CQI OLSM 3 sectoare
13 inel 2×2 3 50 Best CQI CLS
M 3 sectoare
93
celulei, condițiile de radio sunt slabe și acest progr amator alocă resurse radio pentru utilizatorii cu
cele mai bune condiții radio omițând, astfel utilizatorii marginali.
SCENARIU Distribuție
eNB MIM0
(NTX ×NRX )
NR
UE/celulă VITEZĂ
UE
(km/h) PLANIFICATOR TIP
MIMO Tip
simulare
4 1 2×2 60 50 Best CQI OLS
M 3
sectoar
e
5 1 2×2 60 50 Best CQI CLS
M 3
sectoar
e
11 inel 2×2 60 50 Best CQI CLS
M 3
sectoar
e
12 inel 2×2 60 50 Best CQI OLS
M 3
sectoar
e
48.36
12.65
0
15.35
4.94
058.89
15.38
0
15.42
5.48
0.01
R A T Ă D E
T R A N S F E R
DE
V Â R F
( M B / S )R A T Ă D E
T R A N S F E R
M E D I E
UE
( M B / SR A T Ă D E
T R A N S F E R
L I M I T Ă
( M B / SR A T Ă D E
T R A N S F E R
DE
V Â R F
( M B / S )R A T Ă D E
T R A N S F E R
M E D I E
UE
( M B / SR A T Ă D E
T R A N S F E R
L I M I T Ă
( M B / SCSLM OLSM Inel -60 UE -50km/h 1 eNB -60 UE -50km/h
94
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 mare, 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 caracteristici calitative, punctele forte și
punctele 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 către Round Robin, dar î n 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 diferite 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.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: București Facultatea de Transporturi [619032] (ID: 619032)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.