UNIVERZITET U SARAJEVU

ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET

ODSJEK ZA TELEKOMUNIKACIJE

Channel Throughput LTE- Advanced DL

MIMO Fading 8x8

Projektni zadatak broj 5 iz predmeta Sistemski aspekti u telekomunikacijama

Student Broj indeksa

Mehić Edina 491/15114

Perenda Erma 423/15286

Špago Samira 492/15369

Zujović Irma 460/15226

Sarajevo, 01.02. 2013.

Sadržaj

Uvod ........................................................................................................................................... 1

1. Long Term Evolution - Advanced ....................................................................................... 2

1.1. LTE-A sistemski zahtjevi ............................................................................................ 2

1.2. Arhitektura LTE-A ...................................................................................................... 5

1.3. Protokol stek ................................................................................................................ 8

1.4. LTE-A fizički sloj ...................................................................................................... 10

1.4.1. Advanced MIMO ............................................................................................... 11

1.4.2. Struktura LTE-A DL fizičkog sloja ................................................................... 14

2. LTE-A DL MIMO 8x8 u SystemVue ............................................................................... 16

2.1. SystemVue 2011.10 .................................................................................................... 16

2.2. Model LTE_Advanced_DL_MIMO_8x8_Throughput .............................................. 16

2.2.1. Blok šema za LTE-A DL 8x8 MIMO ................................................................ 20

2.3. Opis testnih scenarija ................................................................................................. 44

2.4. Rezultati simulacije testnih scenarija ........................................................................ 46

2.5. Zaključak na osnovu rezultata simulacije .................................................................. 49

Zaključak .................................................................................................................................. 51

Literatura .................................................................................................................................. 52

Skraćenice ................................................................................................................................ 53

1

Uvod

GSM i njegova evolucija putem GPRS, EDGE, HSCSD, WCDMA i HSPA

predstavljaju skup izbora tehnologija za veliku većinu svjetskih mobilnih operatera. Evolucija

bežičnih telekomunikacija je vođena zahtjevom tržišta za multimedijalnim aplikacijama. To

podrazumjeva velike brzine prenosa, dostupnost raznovrsnih usluga bilo kad i bilo gdje kao i

međusobnu kompatibilnost mreža i uređaja, nezavisno od proizvođača ili pružatelja usluga.

Korisnici su iskusili povećanje brzine prenosa podataka, zajedno s dramatičnim smanjenjem

telekomunikacijskih troškova, te sada korisnici zahtjevaju od operatera da plate manje a da

primaju više. U cilju ispunjenja toga, operateri moraju pružiti usluge dobre kvalitete ali putem

sistema koji su jeftiniji za instalaciju i održavanje. LTE i LTE-Advanced predstavljaju pravo

rješenje za to i oni će biti temelj na kojem će se budući mobilni telekomunikacioni sistemi

graditi. LTE i LTE-Advanced su 4G mreže koje podrazumjevaju IP prenos sa kraja na kraj

brzinama od 100 Mbps (krajnje brzine i do 1Gps). LTE-Advanced je razvijen na bazi LTE

OFDMA/MIMO arhitekturi uvodeći nove tehnike u cilju poboljšanja brzine prenosa i

kvaliteta usluga. U ovom radu ispitat će se performanse propusnosti za LTE-Advanced na

downlink-u ako se koriste MIMO 8x8 šema.

Rad je podjeljen na dva dijela. U prvom dijelu dat je kratak osvrt na zahtjeve prema

LTE-Advanced tehnologiji, te je objašnjena arhitektura mreže, protokole stek korisničke i

kontrolne ravni i opisani su osnovni parametri na fizičkom sloju LTE-Advanced. Prvi dio rada

ima za cilj da približi samu svrhu LTE-Advanced tehnologije, njene osnovne izmjene u

odnosu na LTE i način na koji se procesiraju biti na fizičkom nivou. Drugim rječima, prvi dio

rada omogućava samo razumjevanje modela LTE-Advanced sistema u okviru programskog

paketa SystemVue 2011.10. Drugi dio rada se fokusira na analizi i simulaciji gotovog modela

Channel Throughput LTE-Advanced DL MIMO Fading 8x8 sistema u programskom paketu

SystemVue 2011.10 za različite testne scenarije u feding okruženju. Analiza modela se odnosi

na analizu vrijednosti normalizovane propusnosti u funkciji odnosa signal-šum i

odgovarajućih sistemskih parametra.

2

1. Long Term Evolution - Advanced

LTE (engl. Long Term Evolution) je dizajniran u saradnji nacionalnih i regionalnih

telekomunikacijskih standardizacijskih tijela poznatih kao 3GPP (engl. Third Generation

Partnership Project) i često je poznat pod imenom 3GPP Long Term Evolution. LTE

predstavlja evoluciju od ranijeg 3GPP sistema poznatog kao UMTS (engl. Universal Mobile

Telecommunication System), razvijenog iz GSM-a (engl. Global System for Mobile

Communications). 3GPP LTE je mobilna širokopojasna pristupna tehnologija, koja

predstavlja rješenje za podršku velikim brzinama prenosa. LTE je prva radio pristupna mreža

koja se zasniva na all-IP okruženju. Kao takav sistem, LTE zahtjeva sofisticiranije paketsko

jezgro za pružanje govora i multimedijalnih servisa u realnom vremenu, što znači da će

operatori morati da zamjene trenutno jezgro mreže kako bi mogli da ponude ove i buduće

servise. LTE predstavlja novi standard mobilnih komunikacija ne samo za radio mrežu, već i

za arhitekturu jezgre, SAE (engl. System Archictecture Evolution).[1] LTE je uveden u

release 8 2008. godine. 2010. god release 9 je donio neka poboljšanja LTE-a i 2011.god u

release 10 uveden je LTE-Advanced (LTE-A), koji proširuje granice i performanse release 8

kako bi zadovoljio zahtjeve IMT (engl. International Mobile Telecommunications) -

Advanced, definirani od strane ITU (engl. International Telecommunications Union) za

evoluciju 4G tehnologija. LTE-A terminali moraju biti kompatibilni s LTE release 8

terminalima, također mora vrijediti i obrnuto. LTE-A je realna širokopojasna bežična mreža,

koja se ponaša kao napredna fiksna mreža poput FTTH (engl. Fiber To The Home), ali uz

znatno bolje poboljšanje kvaliteta usluga. [2] Neke implementacije LTE-A očekuju se krajem

2013. god.

1.1. LTE-A sistemski zahtjevi

LTE-A proširuje zahtjeve postavljene pred LTE release 8 i neki od njih su:[2]

Podrška za asimetrični i veći propusni opseg (maksimum do 100 MHz). U LTE

release 8 propusni opseg može biti različite širine (1.25-20 MHz), ali širina propusnog

opsega i na uplink-u (UL) i downlink-u (DL) mora biti ista. Kod LTE-A, širina

propusnog opsega na DL i UL se podešava u skladu sa zahtjevima mobilne mreže, ali

suma zauzetog opsega na DL i UL ne smije prelaziti 100 MHz. Povećanje propusnog

3

opsega se ostvaruje pomoću agregacije kanala, kojom se kombiniraju do pet 20

MHz-ni kanala u jedan u cilju povećanja brzine. Ovi kanali mogu biti kontinulani ili

ne, što je definirano od načina dodjele spektra nosiocu.

Poboljšanje više-antenskih prenosnih tehnika – LTE je uveo MIMO (engl. Multiple

Input Multiple Output) tehniku za prenos podataka, koja je kod LTE-A poboljšana u

cilju postizanja veće spektralne efikasnosti (proporcionalna broju korištenih antena),

bolje performanse na rubu ćelije i veće srednje brzine po korisniku. LTE-A koristi

MIMO 8x8 na DL, a 4x4 na UL.

Koordinirana predaja i prijem ka više tačaka - CoMP (engl. Coordinated

multipoint transmission and reception) poboljšava primljeni signal od mobilnog

terminala. Ova tehnika je poznata pod nazivom kooperativni MIMO, gdje se koriste

različite forme beamforming-a i MIMO sistema u cilju povećanja performansi na

rubovima ćelija. Ćelija u kojoj se nalazi mobilni terminal i susjedna ćelija koriste

CoMP kako bi se kokanalna interferencija susjedne ćelije svela na minimum. Ovo

zahtjeva dinamičku koordinaciju između geografsko udaljenih predajnih tačaka na DL

i odvojenih prijemnih tačaka na UL. Na ovaj način postiže se veća pokrivenost

signalom, veće brzine prenosa kao i veće sistemske bitske brzine.

Relej čvorovi su uvedeni radi povećanja pokrivenosti i kapaciteta mreže. Releji

koriste repetitorske stanice za pokrivanje odabranih područja, posebno indoor gdje se

većina poziva inicira. Mobilni terminal komunicira sa donor eNB (engl. evolved Node

B koji prema 3GPP specifikaciji vrši funkciju bazne stanice). Releji podržavaju

funkcionalnosti viših slojeva poput dekodiranja korisničkih podataka primljenih od

donor eNB i rekodiranja brzine prije predaje primljenih podataka mobilnom terminalu.

Postoje dva tipa releja. Tip 1 kontroliše svoje ćelije preko njihove identifikacijske

oznake i ima zadatak prenosa sinhronizacijskih kanala i referentnih simbola.

Kompatibilan je s release 8, odnosno omogućava servise release 8 mobilnim

terminalima.

4

Sl.1. 1 Relej tip 1 [2]

Tip 2 nema svoj identitet, tako da mobilni terminal nije svjestan da li prima podatke

od donor eNB ili releja. eNB prenosi kontrolne podatke, a relej korisničke podatke

mobilnom terminalu.

Sl.1. 2 Relej tip 2 [2]

Podrška za heterogone mreže - heterogene mreže se odnose na podršku malih ćelija u

većoj ukupnoj heterogenoj mreži. Heterogene mreže predstavljaju skup standardnih

makro-ćelijskih baznih stanica plus mikro-ćelije, metro-ćelije, piko-ćelije, femto-

ćelije, pa čaki i WiFi hotspot-ovi. Ove mreže povećavaju pokrivenost, kako bi

poboljšale pouzdanost linka i veće brzine prenosa.

5

U slijedećoj tabeli su sumirane razlike sistemskih zahtjeva između LTE i LTE-A tehnologije.

Parametar LTE LTE-A

Vršna brzina

prenosa

100 Mbps na DL

50 Mbps na UL

1 Gbps na DL

500 Mbps na UL

Propusni opseg

na DL

20 MHz 100 MHz

Propusni opseg

na UL

20 MHz 40 MHz (prema ITU zahtjevima)

Mobilnost

0-15 km/h (optimizirano za ovaj

opseg)

15-120 km/h (visoke perforamnse

zagarantovane)

120-135 km/h (bez prekidanja

veze)

Ista kao kod LTE

Skalabilan

propusni opseg

1.25-20 MHz 20-100 MHz

Pokrivenost radijus ćelije do 5 km a) Isto kao kod LTE

b) Može se optimizirati za

lokalna mikro-ćelijska

područja

Kašnjenje 5 ms za korisničku ravan na IP

sloju, jednosmjerno kašnjenje od

100 ms u kontrolnoj ravni iz

početnog u aktivno stanje

5 ms za korisničku ravan na IP sloju,

jednosmjerno kašnjenje od 50 ms u

kontrolnoj ravni iz početnog u

aktivno stanje

Broj aktivnih

korisnika po

ćeliji

Najmanje 200 u 5 MHz opsegu;

Najmanje 400 u opsegu većem od 5

MHz

3 puta veći nego kod LTE

Tabela 1. 1 Razlike LTE i LTE-A [2] [3]

1.2. Arhitektura LTE-A

Arhitektura LTE-A je ista kao i arhitektura LTE mreže, s tim da su uvedeni Home

eNB čvorovi za kontrolu femto ćelija, koje pokrivaju malo indoor područje i dodane su relej

6

stanice. Arhitekturu LTE-A mreže bez relejnih stanica čine tri glavne komponente: korisnički

terminal UE (engl. User Equipment), evoluirana UMTS zemaljska radio pristupna mreža E-

UTRAN (engl. Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network) i evoluirano paketsko

jezgro mreže EPC (engl. Evolved Packet Core) [5]

Sl.1. 3 Arhitektura LTE-A mreže [4]

1.2.1. Korisnički terminal

UE je uređaj koji korisnik koristi za komunikaciju. Korisnički terminal, a naziva se još

i mobilni terminal može se podijeliti na dva dijela: MT (engl. Mobile Termination), koji

obrađuje sve komunikacijske funkcije i terminalni uređaj TE (engl. Terminal Equipment) koji

inicira uspostavu i raskid prenosa podataka. MT može imati plug-in LTE karticu za laptop, te

u tom slučaju TE predstavlja sam laptop. UICC (engl. Universal Integrated Circuit Card ) je

pametna kartica, poznata kao SIM kartica. Ova kartica ima univerzalni SIM modul (USIM –

engl. Universal Subscriber Identity Module) koji pohranjuje podatke specifične za korisnika

kao što je korisnikov broj telefona i identitet domaće mreže. USIM također izvršava

sigurnosne provjere, koristeći tajne ključeve koji su pohranjeni na kartici. LTE podržava

mobilne aparate koji koriste USIM od Release 99 pa nadalje. LTE podržava IPv4 i IPv6. [1]

1.2.2. E-UTRAN

E-UTRAN održava radio komunikaciju između UE i EPC jezgra mreže. Ima samo

jednu komponentu, eNodeB (eNB) čvor. Svaki eNB je bazna stanica koja kontroliše mobilne

uređaje u jednoj ili više ćelija. Mobilni uređaj može komunicirati samo s jednom baznom

stanicom i biti samo u jednoj ćeliji u isto vrijeme. Za razliku od UMTS-a, LTE ne podržava

meki (engl. soft) handover. Bazna stanica koja komunicira s UE zove se poslužiteljski eNB.

7

eNB ima dvije osnovne funkcije. Prvo, eNB šalje saobraćaj svim mobilnim stanicama u

njegovom području na downlink-u i prima saobraćaj od njih na uplink-u, koristeći analogne i

digitalne funkcije procesiranja signala na LTE zračnom interfejsu. Kao drugo, kontroliše low-

level operacije mobilnih terminala tako što im šalje signalne poruke poput komandi za

handover. U cilju obavljanja ovih funkcija eNB kombinira ranije funkcije Node B i RNC-a u

UMTS mreži, time se smanjuje kašnjenje koje nastaje kada mobilni terminal razmjenjuje

poruke sa mrežom.[1] Svaka bazna stanica je povezana na EPC preko S1 interfejsa. Također

se može povezati sa susjednom baznom stanicom preko X2 interfejsa, što se uglavnom koristi

za signalizaciju i proslijeđivanje paketa tokom handover-a. X2 interfejs je opcionalni, te u

slučaju da ne postoji ovaj interfejs onda S1 mora obavljati sve njegove funkcije.[1] eNB je

također odgovoran za mnoge funkcije kontrolne ravni. Odgovoran je za upravljanje radio

resursima RRM (engl. Radio Resource Management ) tj. kontroliše upotrebu radio interfejsa

što uključuje dodjelu resursa na zahtjev, prioritetizacija i raspoređivanje saobraćaja u cilju

obezbjeđivanja zahtjevane kvalitete usluge QoS-a (engl. Quality of Service). [5]

1.2.3. EPC

EPC ima centralnu ulogu u inter-working-u elemenata arhitekture sistema. Sastoji se

od slijedećih dijelova [5]:

P-GW (engl. Packet data network GateWay) predstavlja vezu EPC s vanjskim

svijetom. Preko SGi interfejsa, svaki P-GW razmjenjuje podatke s jednim ili

više vanjskih uređaja ili paketskih mreža, kao što su serveri mrežnog operatora,

internet ili IMS (engl. IP Multimedia Subsystem). Svaka podatkovna mreža je

identificirana sa APN (engl. Access Point Name). Svaki mobilni uređaj je

dodijeljen default-nom P-GW-u. Pri prvom pristupu mreži mobilni uređaj se

konektuje preko default-nog P-GW-a, a kasnije mobilnom uređaju može biti

dodjeljeno više P-GW-a. Svaki P-GW održava istu propusnost tokom trajanja

konekcije.

S-GW (engl. Serving GateWay) djeluje kao ruter i proslijeđuje podatke između

bazne stanice i P-GW-a. Mreža može sadržavati više S-GW-a, a svaki od njih je

zadužen za odgovarajuće mobilne uređaje u njegovoj trenutnoj geografskoj

domeni. Svakom mobilnom uređaju je dodjeljen samo jedan S-GW, ali se on

ovisno o mobilnosti korisnika može promijeniti.

8

MME (engl. Mobility Management Entity) kontroliše high-level operacije

mobilnog uređaja, šaljući mu signalne poruke po pitanju sigurnosti i upravljanja

prenosom podataka koje su vezane za radiokomunikaciju. Mreža može imati

više MME-ova od kojih je svaki odgovaran za odgovarajuću geografsku oblast.

Svaki UE je dodjeljen jednom MME, koji se naziva poslužiteljski MME. MME

također kontroliše i druge elemente mreže, pomoću EPC internih signalnih

poruka.

PCRF (engl. Policy and Charging Resource Function) je mrežni element

odgovoran za Policy i Charging kontrolu. On donosi odluke na koji način

održavati usluge u skladu sa QoS-om i obavještava P-GW o tome ili ako je

moguće obavještava i S-GW.

1.3. Protokol stek

LTE-A kao i LTE odvaja korisničku ravan od kontrolne ravni. Na slijedećoj slici

ilustrovan je protokol stek za spomenute ravni.

Sl.1. 4 Protokol stek (a) kontrolna ravan; (b) korisnička ravan [4]

Protokoli za korisničku ravan uključuju: PDCP (engl. Package Data Convergence Protocol),

RLC (engl. Radio Link Control), MAC (engl. Medium Access Control) i PHY (engl.

PHYsical) protokole. Kontrolna ravan dodatno uključuje RRC (engl. Radio Resource Control)

i NAS (engl. NonAccess Stratum). Funkcije ovih protokola sumirane su u tabeli 1.2.

9

Protokol Funkcije

NAS - kontrola sesije i veze između UE i jezgra mreže

- autentifikacija

- registracija

- bearer kontekst aktivacija/deaktivacija

- update lokacije

RRC - broadcast sistemskih informacija za NAS i AS

- sigurnosne procedure

- upravljanje mobilnošću

- uspostava, održavanje i raskid RRC konekcije

- QoS funkcije

- kontrola mjerenja snage na UE

PDCP - kompresija zaglavlja

- detekcija duplikata

- retransmisija pogrešno primljenih paketa

RLC - korekcija greški preko ARQ (engl. Automatic Repeat reQuest)

- segmenstacija i resegmentacija PDCP paketa

- podrška za mod s potvrdom i mod bez potvrde

MAC - multipleksiranje/demultipleksiranje RLC paketa

- funkcije raspoređivača

- korekcija greški preko hibridnog ARQ-a

- prioretizacija lokalnih kanala

PHY - modulacija

- linijsko kodiranje

- prenos elektromagnetnih signala

- sinhronizacija

Tabela 1. 2 Funkcije protokola korisničke i kontrolne ravni [4]

10

1.4. LTE-A fizički sloj

LTE-A nasljeđuje većinu LTE specifikacija, ali ih također poboljšava u cilju

ispunjenja IMT-Advanced zahtjeva. DL šema višestrukog pristupa je OFDMA (engl.

Orthogonal Frequency Division Multiple Access). OFDMA obavlja iste funkcije kao i ostale

tehnike višestrukog pristupa (TDMA, FDMA, CDMA) dopuštajući baznoj stanici da

komunicira sa nekoliko različitih mobilnih terminala u isto vrijeme. Također, ova tehnika je

efikasno rješenje za minimizaciju problema uzrokovanih fedingom i intersimbolskom

interferencijom. OFDMA je šema za paralelni prenos podataka u kojoj je serijski tok podataka

velikog protoka razdvojen na podtokove nižeg bitskog protoka, od kojih je svaki modulisan

na poseban frekvencijski podnosilac. Pošto je spektar podnosilaca dosta uži od ukupnog

spektra kanala, svaki podnosilac trpi ravnomjerno slabljenje (flat fading) što dozvoljava

jednostavniju ekvalizaciju. Uzak spektar podnosioca znači dugo trajanje simbola na datom

podkanalu, znatno duže od odziva podkanala sa prostiranjem po višestrukim putanjama.

Visoka spektralna efikasnost je postignuta izborom ortogonalnih nosećih frekvencija – spektri

podnosilaca se preklapaju tako da se njihov međusobni uticaj može izbjeći. Na UL se koristi

SC-FDMA (engl. Single Carrier- Frequency Division Multiple Access) zbog manjeg odnosa

peak-to-average power (PAPR). Zapravo, orginalna SC-FDMA je neznatno izmjenjena u

LTE-A u cilju podrške CoMP na UL i agregacije kanala. [4] Kao i LTE, LTE-A također

podržava i TDD (engl. Time Division Duplex ) i FDD (engl. Frequency Division Duplex) mod

rada.

LTE-A ima istu struktura okvira kao i LTE. LTE-A također uvodi novu strukturu

okvira za relej bazirane mreže kako bi se prilagodila dodjela resursa bazirana na dva skoka,

bilo centralizirano ili distrubuirano. Trenutno ne postoji standardizacija relej strukture okvira.

[6]. Detaljnije o strukturi okvira pogledati u [6] poglavlje 10.

Za razliku LTE koji koristi samo ćelijski specifične referentne signale CRS (engl.

Cell-specific Reference Signals), LTE-A koristi UE-specifične demodulacione referentne

signale DM-RS (engl. Demodulation Reference Signal), referentne signale o stanju u kanalu

CSI-RS (engl. Channel State Information Reference Signal), MBSFN (engl. Multimedia

Broadcasting Single Frequency Network) referentne signale i pilot referentne signale.[4]

Korištenjem ovih referentnih signala, LTE-A može podržati 2x2, 4x2, 4x4 i 8x8 MIMO

konfiguracije. Kontrolni kanali za DL okvir su PCFICH (engl. Physical Control Format

11

Indicator CHannel), PHICH (engl. Physical Hybrid automatic repeat request Indicator

CHannel ) i PDCCH (engl. Physical DL Control CHannel). [4]

LTE-A koristi iste modulacione šeme kao i LTE. Dakle, koriste se četiri modulacione

šeme: BPSK (engl. Binary Phase Shift Key), QPSK (engl. Quadrature Phase Shift Key), 16

QAM (engl. Quadrature Amplitude Modulation) i 64 QAM. BPSK se koristi samo za

ograničavanje broja kontrolnih stream-ova, ali nikad se ne koristi za prenos korisničkih

podataka.

1.4.1. Advanced MIMO

MIMO se odnosi na komunikacijski sistem opremljen s više antena i na predajnoj i

prijemnoj strani. Za razliku od OFDMA, MIMO povećava brzinu prenosa podataka bez

potrebe povećanja širine propusnog opsega. Upotreba MIMO sistema je bio ključ uspjeha za

IEEE 802.11n, HSPA (engl. High Speed Packet Access) i LTE-a, a sada MIMO nastavlja svoj

put sa LTE-A. [4] Početni rad na MIMO sistemima, fokusirao se na osnovni prostorni

diverziti. U ovom smislu MIMO sistem se koristio da bi se limitirala degradacija signala

uzrokovana multipath propagacijom. Ipak, ovo je bio samo prvi korak s obzirom da je sistem

počeo koristiti multipath propagaciju u svoju korist, pretvarajući dodatne putanje signala, u

vrlo efikasne dodatne kanale za prenos dodatnih podataka. Multipath problem je tipičan

problem u komunikacijskim sistemima sa vremenskim varijacijama i vremenskim širenjem.

Za varijacije u vremenu kanal podliježe fedingu, dok vremensko širenje postaje važno za

odgovarajuću frekventnu selektivnost. U MIMO tehnici, prijemnik koristi algoritam ili

specijalan način procesiranja signala kako bi sortirao višestruke signale u cilju stvaranja

jednog signala koji sadrži originalnu informaciju koja je poslana. U tabeli koja slijedi date su

kategorije mogućih višeantenskih sistema.[8]

Tipovi višeantenskih sistema

SISO

Single-input-single-output znači da predajnik

i prijemnik radio sistema imaju po jednu

antenu

SIMO

Single-input-multiple-output znači da

prijemnik ima više antena,dok predajnik ima

samo jednu antenu

12

MISO

Multiple-input-single-output znači da

predajnik ima više antena a prijemnik samo

jednu antenu

MIMO

Multiple-input-multiple-output znači da i

predajnik i prijemnik imaju više antena

Tabela 1. 3 Tipovi višeantenskih sistema [8]

Prema LTE-A zahtjevima maksimalna spektralna efikasnost mora biti veća od 30

bps/Hz na DL, koji zahtjeva 8x8 MIMO prostorni multipleks (slika 1.5).

Sl.1. 5 MIMO 8x8 kod LTE-A [7]

MIMO tehnika na DL je bila podržana i kod LTE-a kao forma diverzitija i zatvorene

petlje prostornog multipleksa maksimalno do 4 nivoa po transportnom bloku. Jedan od

važnijih problema za podršku 8x8 na DL predstavlja dizajn efikasnih referentnih signala.

Referentni signali se dizajniraju tako da reduciraju overhead i mininiziraju degradaciju

sistemskih performansi usljed pogrešne estimacije kanala na strani UE. LTE koristi CRS

referentne signale za svaki antenski port na UE. Ipak, CRS za podršku 8x8 unosi previše

overhead-a. Iz tog razloga uvedeni su UE-specifični referentni signali DM-RS, koji se koriste

13

za demodulaciju korisničkih podataka na odgovarajućem UE-u. DM-RS se prekodiraju istom

matricom kao i PDSCH1 (engl. Packet Data Synhronization CHannel) referentni signali. DM-

RS ne generišu CQI (engl. Channel Quality Indicator), u tu svrhu se koriste CSI-RS signali,

koji se šalju rijeđe od CRS signala. CSI-RS se također koriste za prenos indeksa matrice

prekodiranja PMI (engl. Precoding Matrix Index) i indikatora nosioca RI (engl. Rank

Indicator). Imaju sličnu strukturu kao i CRS signali. LTE-A adaptira zatvorenu petlju za

realizaciju 8x8 MIMO prostornog multipleksa (slika 1.6 - 3 sloja po transportnom bloku).

Dizajn kodne matrice je važan za operaciju zatvorene petlje, u smislu da određuje tačnost i

overhead povratne informacije od UE-a. U LTE-A kodna matrica se dizajnira na bazi kros-

polarizacionih antenskih konfiguracija. Rezultirajuća kodna matrica je predstavljena kao

proizvod dvije matrice:

gdje određuje i-tu vektor kolonu za proširenu diskretnu Fourierovu transformaciju, je

4x1 selekcioni vektor i jedino je j-ti element različit od nule i jednak jedinici, dok su ostali

jednaki nuli i je fazna razlika između grupe horizontalnih i vertikalnih krospolarizacionih

antena. Matrica predstavlja širokopojasne i long-term karakteristike kanala, a

frekventno-selektivne i short-term karakteristike kanala. [4] Svaki UE računa prekodicioni

indeks i vraća ga eNB preko UL kontrolnih ili dijeljenih kanala. Povratna informacija ka eNB

također uključuje i CQI i RI, kao i i indekse.

1 Primarne i sekundarne sekvence korištene u LTE-u za sinhronizaciju na nivou polurama i rama, respektivno.

14

Sl.1. 6 LTE-A DL prostorni multipleks [9]

MIMO je podržan i na UL. Za razliku od LTE koji podržava single-user MIMO

koncept na UL, LTE-A podržava MIMO s dva ili četiri sloja. Maksimalna spektralna

efikasnost na UL od 15 bps/Hz postiže se upotrebom 4x4 MIMO. Metod predaje referentnih

signala je isti kao kod LTE-a. [4]

1.4.2. Struktura LTE-A DL fizičkog sloja

U cilju da se pokaže blok struktura LTE-A DL fizičkog sloja, u ovom dijelu opisat

ćemo koje se operacije izvršavaju nad bitima pri prenosu od eNB do UE-a, ako se koristi 2x2

MIMO šema. Isto se obavlja i za 8x8 MIMO šemu, ali se primopredaja odvija preko 8 antena.

Blok dijagram ovog sistema dat je na slijedećoj slici.

15

Sl.1. 7 Blok dijagram LTE-A DL fizičkog sloja [10]

Na predajnoj strani dva transportna bloka TB se pripremaju pretpostavljajući prostorni

multipleks. CRC (engl. Cyclic Redundancy Check) se dodaje na TB kako bi se održao

integritet podataka. TB-ovi se dalje segmentiraju ili sastavljaju u kodne blokove i dodaje se

drugi CRC za HARQ svrhu. Podaci dalje prolaze kroz turbo ili konvolucioni koder 1/3 kodne

brzine, potom se vrši punktiranje/otklanjanje nepotrebnih bita. Kodirani podaci se moduliraju,

tako da se zadrži 10%-ni BLER (engl. Block Error Ratio). Kako je već rečeno, prekodiranje

se vrši u skladu s korištenom antenskom konfiguracijom. Signal se potom mapira na

podnosioce unutar jednog ili više resursnih blokova. Resursni blokovi predstavljaju set od 12

podnosioca po simbolu. Referentni signali, piloti se umeću na određene podnosioce.

Podnosioci se multipleksiraju i vrši se inverzna Fourierova transformacija IFFT. Potom se

dodaje ciklički prefiks (normalni ili prošireni u ovisnosti sektorske konfiguracije). Signal se

šalje sa svake antene.

Na prijemnoj strani, signal se prima preko dva antenska porta i uklanja se ciklički prefiks.

FFT se primjenjuje na cijelom opsegu, podnosioci se zatim demapiraju u sekvencu bita.

MIMO prijemnik procesira i ekvajlizira primljene bite, šaljući ih na dvije prijemne grane. RB-

ovi se demapiraju i LRG (engl. Likelihood Receiver Generator) generator šalje

najvjerojatnije stream-ove turbo dekoderu na provjeru. CRC se provjerava i ako se detektuje

greška primjenjuje se HARQ mehanizam. Primljeni bitovi se pohranjuju sve dok se ispravno

ne dekodiraju. Konačno, podaci se sastavljaju ili rastavljaju na TB-ove i CRC se provjerava.

Ukoliko se desi greška TB se odbacuje.[10]

16

2. LTE-A DL MIMO 8x8 u SystemVue

Zadatak projektnog zadatka je analiza gotovog modela LTE_Advanced_DL_MIMO_

8x8_Throughput.wsv iz programskog paketa SystemVue 2011.10 u ovisnosti od različitih

sistemskih parametara. Ovaj model ilustrira arhitekturu LTE-A DL za MIMO 8x8 sistem u

feding okruženju. Za ovaj model konfigurisana je analiza normalizovane vrijednosti

propusnosti (engl. Throughput) u odnosu na vrijednosti SNR-a (engl. Signal to Noise Ratio).

2.1. SystemVue 2011.10

SystemVue predstavlja radno okruženje za dizajn i analizu komunikacionih sistema u

osnovnom i transponovanom opsegu razvijeno od strane kompanije Agilent. Korisnik ima

pristup opsežnim profesionalnim mogućnostima za podršku digitalnom procesiranju signala

na DSP (engl. Digital Signal Processing) mikroprocesorima i programabilnim pločama PGA

(engl. Programmable Gate Arrays). Pored navedenih mogućnosti korisnik može vršiti i dizajn

analognog sistema u različitim frekventnim opsezima, kao i dizajn standarda kao što su IEEE

802.11g, Bluetooth te komunikacioni sistemi 3G i 4G. Programski paket SystemVue može biti

iskorišten i za simulacije pojedinačnih blok sistema koji reprezentuju neke od osnovnih

komunikacionih sistema.

2.2. Model LTE_Advanced_DL_MIMO_8x8_Throughput

Analizirani model nalazi se na lokaciji: Examples\Baseband

Verification\LTE_Advanced. Strukturu radnog prostora čine slijedeći dijelovi: Schematic,

Analysis and Sweep, DataSet i Graph. (slika 2.1).

17

Sl.2. 1 Struktura radnog prostora u SystemVue 2011.10 [11]

1. DataSet: LTE_A_DL_8x8_64QAM_lnH pohranjuje rezultate simulacije kao referencu

(varijablu). Dvoklikom na ovu stavku rezultati simulacije prikazuju se kao na slici.

Sl.2. 2 Stavka DataSet: LTE_A_DL_8x8_64QAM_lnH [11]

2. Schematic: LTE_A_DL_MIMO_8x8_Throughput prikazuje šemu simulacijskog

sistema koja se sastoji od kartica: PartList, Schematic, Equations i Parameters, što je

prikazano na slici 2.3.

18

Sl.2. 3 Stavka Schematic: LTE_A_DL_MIMO_8x8_Throughput [11]

Kartica PartList prikazuje spisak svih komponenti od kojih je izgrađen razmatrani

model. Kartica Schematic uključuje sljedeće komponente/modele: LTE_A_DL BB

Source, Tx RF, LTE_A MIMO Channel, Rx RF i LTE_A_DL BB Reciever; što je i

prikazano na slici. Kartica Parameters uključuje zajedničke parametre koji se

prosljeđuju multi-modelima u kartici Schematic, kao što su FrameMode, Bandwidth i

slično. Vrijednost ovih parametara korisnik može sam podešavati. Kartica Equations

uključuje proračune varijabli koje se koriste u razmatranom modelu.

3. Stavka Analysis: LTE_A_DL_MIMO_8x8_Throughput Analysis podešava analizu

razmatranog modela, te rezultate simulacije sprema u DataSet Name. Dvoklikom na

ovu stavku parametri analize modela prikazuju se kao na slici.

19

Sl.2. 4 Stavka Analysis: LTE_A_DL_MIMO_8x8_Throughput Analysis [11]

4. Stavka Sweep: Sweep1 postavlja parametre Analysis to Sweep i Parameter to sweep na

LTE_A_DL_MIMO_8x8_Throughput Analysis i Designs\LTE_A_DL_MIMO_8x8_

Throughput\Parameters.SNR respektivno. Korisniku je dozvoljeno da sam podesi

parametar Output DataSet. Ova stavka data je na slijedećoj slici.

Sl.2. 5 Stavka Sweep: Sweep1[11]

20

5. Stavka Graph: LTE_A_DL_MIMO8x8_ThroughputFraction prikazuje rezultate

simulacije za propusnost. Dvoklikom na ovu stavku prikazuje se grafik propusnosti

kanala za dobivene rezultate simulacije kao na slijedećoj slici.

Sl.2. 6 Stavka Graph: LTE_A_DL_MIMO8x8_ThroughputFraction [11]

2.2.1. Blok šema za LTE-A DL 8x8 MIMO

Blok šema modela LTE-A DL MIMO 8x8 sistema koji radi u FDD modu u feding

okruženju prikazan je na slici 2.7.

21

Sl.2. 7 Blok šema LTE-A DL MIMO 8x8 sistema

2.2.1.1 Blok LTE-A BB Source

Blok LTE-A BB Source čine sljedeći elementi: LTE_A_DL_Src_1, blokovi Patterned

Data Source B4 i B2. Elementi ovog bloka dati su na slici.

Sl.2. 8 Blok LTE-A BB Source

B4 i B2 su Patterned Data Source blokovi iz SystemVue biblioteke. Parametri blokova B4 i

B2 koji predstavljaju izvore podatkovnih bita dati su na slijedećim slikama.

22

Sl.2. 9 Parametri bloka Patterned Data Source B4

Kako je prikazano na slici 2.9, za parametra DataPattern u B4 bloku odabran je PN15 koji je

ustvari 32767 – bitni pseudoslučajni generator prema preporuci CCITT (engl. Consultative

Committee for International Telephony and Telegraphy) 0.151. Parametar InitialDelay postavljen

je na vrijednost nula što znači da nema kašnjenja. Parametar BurstMode postavljen je na OFF što

znači da je onemogućen burst saobraćaja. Brzina generisanja bita jednaka je brzini uzorkovanja.

Detaljnije o ovim parametrima i njihovim mogućim vrijednostima pogledati u SystemVue Help

meniju.

Kod bloka B2 za parametra DataPattern odabran je PN9 koji je ustvari 511–bitni

pseudoslučajni generator prema preporuci CCITT 0.513. Ostali parametri bloka B2 jednaki su

parametrima bloka B4 koji su prethodno opisani.

23

Sl.2. 10 Parametri bloka Patterned Data Source B2

2.2.1.2 Blok LTE_A_DL_Src_1 downlink predajnik

Blok LTE_A_DL_Src_1 predstavlja downlink predajnik i prikazan je na slijedećoj

slici zajedno sa svojom strukturom.

Sl.2. 11 Blok LTE_A_DL_Src_1 downlink predajnik

Struktura ovog bloka je parametrizirana i predstavljena je preko nekoliko različitih GUI-a

pomoću kojih se mogu kontrolisati ovi parametri, a koji će biti dati u nastavku. Parametri

24

bloka sa slike mogu se podijeliti na sljedeće: sistemski parametri, parametri za kontrolu

kanala, parametri za podešavanje MIMO sistema, parametri za alokaciju blokova resursa,

parametri za kontrolu snage i parametri za oblikovanje spektra predajnog signala.

1. Sistemski parametri

Sistemski parametri koji karakterišu blok za LTE Advanced predajnik dati su na sljedećoj

slici:

Sl.2. 12 Sistemski parametri LTE Advanced predajnika

Frame Mode - označava način rada LTE-a i može biti postavljen na FDD ili TDD.

Cyclic Prefix (CP) Type – odnosi se na tip cikličkog prefiksa i može biti postavljen na

normalnu ili pak na proširenu dužinu CP-a.

RB Mapping Type – označava način mapiranja virtuelnih resursnih blokova na fizičke

resursne blokove. Ovo mapiranje može biti lokalno ili distribuirano. U SystemVue

radnom okruženju podržano je samo lokalno mapiranje.

Bandwidth – označava korišteni propusni opseg, u našem slučaju postavljen je na 10

MHz.

Cell ID – odnosi se na identitet ćelije, koju karakterišu dva parametra: identifikacioni

parametar pripadanja nekoj grupi, čija vrijednost pripada opsegu [0,167] i parametar

koji identificira ćeliju unutar pripadne grupe, definiran preko PSS sekvenci. Korijenski

25

indeksi za PSS su M = 29, M = 34, M = 25. Za CellID_Sector = 0 M je jednak M =

29, dok za CellID_Sector = 1 je 34, a za CellID_Sector = 2 je 25.

Oversampling Option – odnosi se na omjer poduzorkovanja, na LTE-A DL podržani

su slijedeći omjeri: 1, 2, 4 i 8.

Num Tx Ant – broj predajnih (Tx) antena, a može imati vrijednosti: Tx1, Tx2, Tx4 ili

Tx8.

CRS_NumAntPorts – broj ćelije specifičnog porta antene (port 0, 1, 2, 3), a može biti:

CRS_Tx1, CRS_Tx2 i CRS_Tx4.

UE Transmission Mode – označava transmisioni mod za korisničke terminale. Postoji

9 korisničkih terminala. Moguće je odabrati različit transmisioni mod za svaki

korisnički terminal.

Virtual Antenna Mapping – mapiranje antenskih portova na fizički predajnik (Tx)

antene.

P-SS/S-SS Transmit Antennas – parametar koji označava da li se sinhronizacijski

signali (P-SS i S-SS) prenose na svakoj od antena.

2. Parametri za MIMO šemu

Sl.2. 13 Parametri za podešavanje MIMO sistema

26

Na slici 2.13 su prikazani parametri koji se odnose na podešavanje MIMO sistema LTE-A

predajnika. Sa slike 2.13 se vidi da su sljedeći parametri u pitanju:

MIMO Mode – označava MIMO mode za svakog od korisnika koji može biti TD

(engl. Transmit Diversity) ili SM (engl. Spatial Multiplexing).

Number of Layers – označava broj nivoa (od 1 do 8) za svaki od korisničkih

terminala.

Number of Codewords – označava broj kodnih riječi za svaki od korisničkih terminala

CDD (engl. Cyclic Delay Diversity) Mode – označava parametar koji se odnosi na

diverziti tehniku za svaki od korisničkih terminala koja prostorni diverziti prevodi u

frekventni diverziti kako bi se izbjegla ISI (engl. InterSymbol Interference), može

imati dvije vrijednosti: Zero-Delay ili Large-Delay.

Codebook Index – označava kodnu matricu (engl. Codebook) za kodiranje korisničkih

terminala.

UE Specific RS Ant Port in TM8 – označava antenski port za transmisioni mod 8 za

svaki od korisničkih terminala, pri čemu je 0 port 7, a 1 port 8.

3. Parametri za kontrolu kanala

Parametri za kontrolu kanala prikazani su na slijedećoj slici. Sa slike 2.14 se vidi da su u

pitanju sljedeći parametri:

PDDCH (engl. Physical Downlink Control Channel) označava broj OFDM simbola

u svakom podokviru. Broj OFDM simbola može biti postavljen na 0, 1, 2, 3 i 4. Za 5

MHz-ni opseg najoptimalnija vrijednost za broj OFDM simbola dodjeljenih PDDCH

kanalu je 2.

PHICH (engl. Physical Hybrid ARQ (Automatic Repeat reQuest) Indicator

Channel) okarakteriziran je sa dva parametra: trajanjem (engl. Duration) i načinom

dodjele (engl. Allocation ) - Ng. Tip trajanja PHICH kanala utječe samo na

podokvirove koji sadrže PDDCH simbole i može biti normalno ili produženo trajanje.

Ng predstavlja broj PHICH grupe i može biti postavljen na 1/6, 1/2, 1 ili 2.

Scrambling Identity n_SCID – označava sekvencu skrembliranja za svaki od

korisničkih terminala.

27

Sl.2. 14 Parametri za kontrolu kanala

4. Parametri za alokaciju blokova resursa

Ovi parametri se definišu zasebno za svaki od korisničkih terminala. Način na koji se vrši

dodjela ovih parametara za UE 1 data je na slijedećoj slici, dok su na isti način ovi parametri

definisani i za preostala pet UE-a.

Sl.2. 15 Parametri za alokaciju blokova resursa

Parametri za alokaciju blokova resursa su sljedeći:

28

Enable HARQ (engl. Hybrid Automatic Repeat Request) – označava da li je pri

prenosu kod svih korisničkih terminala podržan hibridni ARQ mehanizam. Ovaj

parmetar okarakterisan je sljedećim veličinama: HARQ Proc Num – označava broj

HARQ procedura; Max HARQ Trans – označava maksimalan broj HARQ transimisija

za svaki od HARQ procesa; RV Sequence – označava verziju redundantne sekvence

za HARQ transmisiju.

UE Category – definira tip UE određujući na taj način kapacitativne mogućnosti UE-

a, čime se određuje broj soft kanalnih bita za podršku brzine na downlink-u. Postoji pet

kategorija UE-a, njihova relacija sa odgovarajućim soft kanalnim bitima data je u

slijedećoj tabeli.

UE kategorija Broj soft kanalnih bita

Kategorija 1 250368

Kategorija 2 1237248

Kategorija 3 1237248

Kategorija 4 1827072

Kategorija 5 3667200

Tabela 2. 1 UE kategorije u SystemVue 2011.10

Resource Block Allocation Type - u SystemVue LTE-A biblioteci definirane su tri tipa

za dodjelu blokova resursa na DL i UL-u i to StartRB + NumRBs, RB indices (1D) i

RB indices (2D).

UEs RNTI - predstavlja radio network temporary identifier za svaki UE.

Payload Config – u LTE biblioteci definirana su tri tipa i to: MCS index, Transport

block size ili Code rate. Za podokvir moguće je ručno podesiti vrijednosti za CW1 i

CW2.

Mapping Type ( Modulation Schemes) – označava vrstu modulacijskog formata za

korisnički terminal UE1 za svaki od podokvira. Modulacijski format se definiše kada

Payload Config nije podešen na MCS index. Mogući modulacijski formati su: QPSK,

16QAM i 64QAM.

5. Parametri za kontrolu snage

Parametri za kontrolu snage dati su na slijedećoj slici.

29

Sl.2. 16 Parametri za kontrolu snage

RS_EPRE – predajna energija po resursnom elementu za referentne signale RS

predajne ćelije za svaki antenski port izražena u dBm/15kHz.

PCFICH Rb - odnos ukupne PCFICH EPRE predajne snage na svim antenskim

portovima i referentne snage RS_EPRE u dB kod simbola sa RS.

PHICH Ra – odnos ukupne PCFICH EPRE predajne snage na svim antenskim

portovima i referentne snage u dB kod simbola bez RS.

PBCH Ra – odnos ukupne PBCH EPRE predajne snage na svim antenskim portovima

i referentne snage u dB kod simbola sa RS.

PBCH Rb - odnos ukupne PBCH EPRE predajne snage na svim antenskim portovima

i referentne snage u dB kod simbola bez RS.

PDCCH Ra - odnos ukupne PDCCH EPRE predajne snage na svim antenskim

portovima i referentne snage u dB kod simbola bez RS.

PDCCH Rb - odnos ukupne PDCCH EPRE predajne snage na svim antenskim

portovima i referentne snage u dB kod simbola sa RS.

PDSCH_PowerRatio – definiše značenje parametra UEs_Pa na slijedeći način. Ako

je PDSCH_PowerRatio = 'p_B/p_A = 1', vrijednost parametra UEs_Pa za svaki UE je

odnos PDSCH EPRE i RS EPRE ćelije. U drugom slučaju ako je PDSCH_PowerRatio

30

postavljen na PB vrijednost parametra UEs_Pa za svaki UE je definirana od viših

slojeva.

UEs_Pa – definira odnos snage (u dB) za svaki UE (korisnički terminal).

UEs_Rb – odnos ukupne PDSCH EPRE snage na svim portovima antene i referentne

snage u dB kod simbola bez RS.

PSS_Rb – odnos ukupne PSS EPRE snage na svim portovima antene i referentne

snage u dB kod simbola bez RS.

SSS_Rb – odnos ukupne SSS EPRE snage na svim portovima antene i referentne

snage u dB kod simbola bez RS.

DMRS_Ra - odnos ukupne DMRS EPRE snage na svim portovima antene i

referentne snage u dB.

6. Parametri za oblikovanje spektra

Ovi parametri definišu način na koji se oblikuje spektar predajnog signala, a dati su na

slijedećoj slici:

Sl.2. 17 Parametri za oblikovanje spektra predajnog signala

SpectrumShapingType – može biti postavljen na TimeWindowing ili FIRFilter.

WindowType – tip prozorske funkcije.

31

CyclicInterval – preklapajući ciklički interval između dva susjedna OFDM simbola u

chip jedinicama.

CI_StartPos – početna pozicija cikličkog intervala u odnosu na početnu poziciju

cikličkog prefiksa. Ako je ova vrijednost negativna, onda to znači da se ciklički

interval nalazi prije CP-a.

FIR_Taps – broj tapova FIR filtra.

FIR_withInterp – označava da li je FIR filter s interpolacijom.

FIR_FilterType – tip FIR filtra, RRC, Idealni NF filter ili EquiRipple.

Odabirom kartice Summary moguće je dobiti uvid u konestelacijski dijagram svakog od

korisničkih terminala te je moguće generisati mapu/mrežu bloka resursa kao na slijedećoj

slici.

Sl.2. 18 Mreža/mapa alociranih blok resursa

32

2.2.1.3 Blok Tx RF

Struktura Tx RF sastoji se od sljedećih blokova: Oscillator O1 te blokovi EnvToCx,

Modulator i CxToRect. Blokovi CxToRect, Modulator i EnvToCx povezani su respektivno u

jedan niz kako je i prikazano na slici 2.19 . Struktura prikazana na slici 2.19 ponavlja se 8

puta kako bi se implementirala 8x8 MIMO šema. Bitno je napomenuti da je ulaz za svaki od 8

CxToRect blokova odgovarajući signal TxSig sa izlaza frm_TD bloka LTE_A_DL_SRC_1.

Sl.2. 19 Dio jedne grane bloka Tx RF

Ulaz na svakom od Modulator blokova iz strukture Tx RF je i signal bloka Oscillator O1 (LO

signal) što se može vidjeti na slici iznad. Blok Oscillator O1 prikazan je na slici 2.20.

Sl.2. 20 Blok Oscillator O1

Blok CxToRect (Complex to Real and Imaginary) konvertuje ulaznu kompleksnu

veličinu u realni i imaginarni dio. Ovaj model čita jedan uzorak sa ulaza i piše po jedan

uzorak na svaki od dva moguća izlaza. Na jedan izlaz šalje realnu vrijednost ulazne veličine, a

na drugi imaginarnu vrijednost ulazne veličine.

Blok Modulator implementira modulator koji može obavljati amplitudnu, faznu,

frekvencijsku ili I/Q modulaciju. Modulator čita jedan uzorak sa ulaza i piše po jedan uzorak

na svaki od svojih izlaza. LO ulaz je opcionalan, ako je izostavljen onda modulator

predstavlja tipični modulator osnovnog opsega.

33

Blok EnvToCx ( Envelope to Complex) razlaže ulaznu veličinu na kompleksnu

anvelopu i njenu karakterističnu frekvenciju. Za svaki ulazni uzorak, po jedan uzorak se

mapira na oba izlazna porta. Ukoliko je ulazni signal realni signal u osnovnom opsegu, onda

je izlaz ima realnu vrijednost koja odgovara ulaznoj vijednosti, a fc je signal kompleksne

anvelope postavljen na 0 + 0*j sa karakterističnom frekvencijom jednakom nuli.

Ukoliko je ulazni signal kompleksan signal (i * j*q sa karakterističnom frekvencijom f1

različitom od nule) tada je izlaz kompleksna anvelopa postavljena na ulaznu vrijednost, a fc je

signal kompleksne anvelope postavljen na 0 + 0*j sa karakterističnom frekvencijom f1

različitom od nule.

2.2.1.4 Blok MIMO kanal

Na slijedećoj slici je prikazan blok MIMO kanal modela

LTE_Advanced_DL_MIMO_8x8_Throughput u SystemVue-u.

Sl.2. 21 Blok MIMO kanala modela LTE Advanced DL

MIMO kanal LTE-A modela omogućava proračun propusnosti i BER/FER parametara.

Dvoklikom na ikonu MIMO kanala otvara se GUI prozor u kojem je moguće podešavati

34

različite parametre kanala. Parametri MIMO kanala mogu se podijeliti na: sistemski

parametri, antenski parametri i parametri modela kanala.

1. Sistemski parametri kanala

Na slici 2.22 su prikazani sistemski parametri MIMO kanala.

Sl.2. 22 Sistemski parametri MIMO kanala

System Setting – označava smjer komunikacije. Kako je u pitanju DL komunikacija sa

slike 2.22 se vidi da je isto i odabrano.

Carrier Frequency – označava frekvenciju nosioca izraženu u Hz.

Sampling Rate – označava frekvenciju uzorkovanja ulaznog signala u Hz.

Random Seed – označava korak generatora slučajnih cijelih broja raspona [0, 2^32-1].

Kada je korak postavljen za nulu, podaci simulacije generišu se slučajno za svaku od

procedura simulacije. Za svaku nenultu vrijednost simulacija se može ponoviti.

Drop Interval – označava interval u sekundama tokom kojeg su svi veliki parametri

imaju konstantnu vrijednost. Raspon ovog intervala je od 0.001 do beskonačno.

Output Files – označava mogućnost da se koeficijenti kanala i korelacijska matrica

uvezu iz drugog radnog prostora.

2. Antenski parametri MIMO kanala

35

Na slijedećoj slici su prikazani antenski parametri MIMO kanala. Sa slike 2.23 se vidi da za

predajne i prijemne antene postoje isti parametri, tako da je dovoljno opisati samo predajne

parametre.

Sl.2. 23 Antenski parametri MIMO kanala

TxPositionX – označava x koordinatu Tx (predajne) antene, u jedinicama talasne

dužine, u opsegu [-20,20]. Default-na vrijednost je [0, 0.0].

TxPositionY - označava y koordinatu Tx (predajne) antene, u jedinicama talasne

dužine, u opsegu [-20,20]. Default-na vrijednost je [0, 2].

TxAntennaPatternType – označava vrstu predajne antene koja može biti

omnidirekciona, sektorska (tri ili šest sektora), te je moguće i podesiti vrstu antene na

osnovu file-a u kojem je ista specificirana (a koji se „uvozi“ pomoću ovog prozora-

parametra).

Za prijemnu antenu definisani su isti parametri i imaju isto značenje kao i prethodno

prezentirani parametri. U slučaju definisanja tipa antene pomoću vanjskog file-a pogledati

Help meni SystemVue programskog paketa za uputstvo i objašnjenje odgovarajućih

parametara.

3. Parametri kanala MIMO modela

Na slici 2.24 su prikazani parametri modela kanala koji su u nastavku rada i objašnjeni.

36

Sl.2. 24 Parametri MIMO modela kanala

LTE-A Channel Scenario – označava vrstu LTE-A scenarija koji može biti: InH,

UMiO2I, UMi, SMa, UMa, RMa te scenarij kreiran od strane korisnika. Default-na

vrijednost ovog parametra je InH. Ovi scenariji odnose se na IMT-Advanced testna

okruženja (tabela 2.2).

Testno okruženje Indoor Mikro-ćelija Osnovna urbana

sredina

Visoka

brzina

Implementirani

scenarij

Indoor hotspot Urban mikro Urban makro Rural makro

Model kanala InH UMi UMa RMa

Visina bazne antene 6 m, montirana na

stropu

10 m, ispod

krova

25 m, iznad krova 35 m, iznad

krova

Tabela 2. 2 Scenariji kanala

ThetaBs – označava ugao između BS-MS LOS (engl. Line of Sight) linije i BS

broadside izražena u stepenima. Može imati vrijednost u rasponu [-180, 180]. Default-

na vrijednost ThetaBs=0.

37

ThetaMs - – označava ugao između BS-MS LOS (engl. Line of Sight) linije i MS

broadside izražena u stepenima. Može imati vrijednost u rasponu [-180, 180]. Default-

na vrijednost ThetaMs=0.

MsVelocity – označava brzinu kretanja mobilne stanice u km/h. Može biti u rasponu

od [0, 200], a default-na vrijednost ovog parametra je 50.

MsDirection – označava smjer kretanja mobiln stanice, izražen je u stepenima, a može

uzeti vrijednost [-180, 180]. Default-na vrijednost je 30.

UsedFixedCDLParameter – označava da li su koriste ili ne koriste CDL parametri.

Default-na vrijednost ovo parametra YES.

UseDualPlarise – označava da li se koristi ili ne koristi dupla polarizacija. Default-na

vrijednost ovo parametra NO.

UseShadowModel – označava da li se koristi ili ne koristi model zasjenjavanja (engl.

Shadow model). Default-na vrijednost ovo parametra NO.

UseInteraClusterDelays – označava da li postoji ili ne postoji kašnjenje unutar

klastera. Default-na vrijednost ovo parametra NO.

UseManualPropControl – označava da li se koriste maulani uslovi modela

propagacije. Default-na vrijednost ovo parametra YES.

UseLOS – predstavlja uslove propagacije, uz prethodno navedeni parametar može se

aktivirati. Default-na vrijednost ovo parametra NO. Uz scenarij UMiO2I ovaj

parametar ne može izvršavati svoje funkcionalnosti.

UsePathLossModel – označava da li se koristi ili ne koristi Path Loss model slabljenja

signala. Default-na vrijednost ovo parametra NO.

Detaljnije o prethodno pobrojanim i prezentovanim parametrima pogledati Help meni

SystemVue programskog paketa (posebnu u slučaju da se odabere korištenje Path Loss modela

kao modela propagacije u kanalu).

2.2.1.5 Blok Rx RF

Struktura Rx RF sastoji se od sljedećih blokova: Noise Density, CxToEnv,

Demodulator i RectToCx bloka. Blokovi CxToEnv, Noise Density, Demodulator i RectToCx

povezani su respektivno u jedan niz kako je i prikazano na slici 2.25. Struktura prikazana na

slici 2.25 ponavlja se 8 puta kako bi se implementirala 8x8 MIMO šema. Bitno je napomenuti

da je ulaz za svaki od 8 CxToEnv blokova izlaz MIMO kanala.

38

Sl.2. 25 Jedna grana bloka Rx RF

Blok CxToEnv (Complex to Real and Envelope) konvertuje ulaznu kompleksnu

veličinu u veličinu sa kompleksnom anvelopom na izlaz koristeći karakterističnu frekvenciju

udruženu sa signalom kompleksne anvelope sa ulaza fc. Ovaj model čita jedan uzorak sa oba

ulaza i piše jedan uzorak na odgovarajući izlaza. Ovaj blok može se posmatrati kao modulator

na čijem se izlazu dobiju I i Q vrijednosti ulaza i njegove frekvencije nosioca Fc. Ukoliko je

ulaz fc signal koji nema kompleksnu anvelopu, tad je izlaz samo realni signal, a imaginarni

dio ulaznog signala se zanemaruje.

Blok Noise Density dodaje šum signalu koji dolazi na Rx RF strukturu. Prilikom svake

iteracije, ovaj blok iščitava jedan uzorak sa ulaza i ispisuje jedan uzorak na izlaz. GUI prozor

za podešavanje parametara ovog bloka dat je na slici 2.26. Ovaj blok sadrži sljedeće

parametre (koji su također prikazani na slici 2.26):

NDensityType – označava vrstu šuma koji se dodaje, a može biti: konstantan aditivni

šum ili frekventni šum. Default-na vrijednost je konstantan aditivni šum.

NDensity – označava spektralnu gustinu šuma koji se dodaje. Default-na vrijednost je

0 W.

NDensityFreq – označava specifikaciju spektralne gustine aditivnog šuma u odnosu

na frekvenciju, Hz.

NDensityPower - označava specifikaciju spektralne gustine aditivnog šuma u odnosu

zauzeti spektar, dBm/Hz.

RefR – označava specifičnu otpornost čija je default-na vrijednost 50 ohma.

39

Sl.2. 26 GUI prozor za podešavanje parametara Noise Density bloka

Ukupna snaga šuma koji je dodat ulaznom signalu može se odrediti kao proizvod

NDensity*BW.

Blok Demodulator implementira demodulator koji može obavljati amplitudnu, faznu,

frekvencijsku ili I/Q demodulaciju. Demodulator čita jedan uzorak sa ulaza, ulazne vrijednosti

moraju biti kompleksne vrijednosti, i piše po jedan uzorak na svaki od svojih izlaza. Za

detaljnije specifikacije parametara ovog bloka pogledati Help meni SystemVue programskog

okruženja.

Blok RectToCx konvertuje ulazni realni i imaginarni dio kompleksne veličine u

kompleksnu vrijednost. Ovaj model čita jedan uzorak sa ulaza i piše po jedan uzorak na svom

izlazu.

2.2.1.6 Blok LTE-A BB Reciever

Kao i u slučaju bloka LTE_A_DL_Src_1, downlink predajnika, parametri ovog bloka

sa slike mogu se podijeliti na sljedeće: sistemski parametri, parametri za kontrolu kanala,

parametri za podešavanje MIMO sistema, parametri za alokaciju blokova resursa, parametri

za kontrolu snage, parametri za oblikovanje spektra predajnog signala i parametri za algoritam

prijemnika. Sistemski parametri, parametri korisničkih terminala/parametri za dodjelu bloka

resursa, parametri za podešavanje MIMO sistema, parametri za kontrolu snage su isti kao i kod

bloka za LTE predajnik. Stoga, u ovom dijelu opisat će se samo parametri za algoritam

prijemnika.

40

Sl.2. 27 Blok LTE-A BB Reciever (LTE-A prijemnik)

Sl.2. 28 Parametri algoritma prijemnika

PreDownsampling – odnosi se na to da li se koristilo poduzorkovanje ili ne.

41

SyncMode – označava sinhronizaciju za svaki port posebno ili sinhronizaciju za sve

portove, odnosno, SyncPerPort ili AverageSync. Default-na vrijednost ovog parametra

je AverageSync.

ReceiverDelay – kašnjenje koje unosi prijemnik, može biti postavljen na vrijednost od

jednog okvira ili jednog podokvira. Ako prijemnik koristi zatvorenu petlju za HARQ

simulaciju, ovaj parametar se treba postaviti na vrijednost kašnjenja od jednog

podokvira, dok u drugom slučaju kada se ne koristi HARQ postavlja na vrijednost od

jednog okvira. Ovaj parametar utječe na ponašanje vremenske i frekvencijske

sinhronizacije.

SearchType – definiše način na koji se obavlja vremenska sinhronizacija, Ako je

postavljen SearchType = Search every frame kompletna procedura pretraživanja se

obavlja za svaki okvir, opseg pretraživanja je definisan parametrom SearchRange.

Kada je SearchType = Search+Track, za prvi okvir se obavlja kompletna procedura

pretraživanja dok se za ostale okvire obavlja proces praćenja u opsegu definiranom

parametrom TrackRange. Ovaj parametar je validan jedino kada je ReceiverDelay =

'One frame delay (10ms)'.

SearchRange – definiše opseg pretraživanja za sve okvirove kada je SearchType =

Search every frame, i za prvi okvir kada je SearchType = Search+Track. Ovaj

parametar je validan jedino kada je ReceiverDelay = 'One frame delay (10ms)'.

TrackRange - definiše opseg pretraživanja za ostale okvirove kada je SearchType =

Search+Track. Ovaj parametar je validan jedino kada je ReceiverDelay = 'One frame

delay (10ms)'.

FreqSync – opseg za frekvencijsku sinhronizaciju, koji može biti postavljen na non,

<100Hz, <15kHz, <35kHz.

ChEstimatorMode – način estimacije kanala, može biti postavljen na Linear,

MMSE_2D ili For EVM. Detaljnije o ovim načinima estimacije kanala pogledati u

Help meniju.

MIMO Decoder for UE1 SM Mode – označava mod MIMO dekodera za prostorni

multipleksing korisničkog terminala UE1, a može biti: ZF (Zero Forcing), MMSE ili

MLD. Default-na vrijednost ovog parametra je ZF jer je jedino njega trenutno moguće

i implementirati u ovom radnom okruženju.

42

MMSE_RBWinLen – broj blokova resursa uključeni u obavljenje MMS 2D

estimacije. Ovaj parametar je validan samo kada je ChEstimatorMode = MMSE_2D.

SNR – odnos signal-šum na svakoj prijemnoj anteni u dB za PDSCH kanale. Ovaj

parametar je koristan za estimator kanala.

Tmax – maksimalno kašnjenje kod kanala sa više putanja. Ovaj parametar je koristan

za estimator kanala.

Fmax – maksimalan Doplerov pomak. Ovaj parametar je koristan za estimator kanala.

Sym_StartPos – početna pozicija za FFT operaciju za dobijanje OFDM simbola u

odnosu na početnu poziciju OFDM simbola poslije CP-a.

DemapperType – tip demapiranja simbola u bite. Može biti postavljen na Hard, Soft

ili CSI (engl. Channel State Information). Općenito, dekoder sa CSI ima najbolje

performanse, dok dekoder s tvrdim odlučivanjem ima najgore performanse.

DemapperMaxLevel – predstavlja nivo izlaznih soft bita poslije demapiranja čiji se

broj nalaze u opsegu [-DemapperMaxLevel, DemapperMaxLevel]. Ovaj parametar je

validan samo kada je DemapperType postavljen na Soft ili CSI. Obično je ovaj nivo

postavljen na 100 za QPSK i 1 za 16/64 QAM .

TC_Iteration – broj iteracija za Turbo dekoder.

2.2.1.7 Blok Throughput

Blok Throughput omogućava mjerenje veličine Throughput (propusnosti), a prikazan

je na slici 2.29. Blok ima dva ulazna parametra: CRCParity i TBS. Parametar CRCParity

označava CRC rezultat primljenog bloka bita (0:NACK; 1:ACK). Parametar TBS (engl.

Transparent Block Size) označava transparentnu veličinu bloka trenutnog podokvira.

Navedene ulazne veličine mogu se vidjeti na slici.

43

Sl.2. 29 Blok Throughput

Parametri koji opisuju ovaj blok prikazani su na slici 2.30 i prezentovani u nastavku rada.

Sl.2. 30 Parametri bloka Throughput

SubframeStart – indeks koji označava početak podataka podokvira. Default-na

vrijednost ovog parametra je 1.

SubframeStop – indeks koji označava kraj podataka podokvira. Default-na vrijednost

ovog parametra je 100.

StatusUpdatePeriod – označava status perioda ažuriranja u broju podokvira. Default-

na vrijednost ovog parametra je 20.

Na osnovu ulaznih parametara Throughput se računa i za PDSCH i PUSCH. Ukoliko je

TBS=0 to znači da transportni blok nije alociran u trenutnom podokviru. Ovaj slučaj se javlja

ukoliko je u pitanju TDD mod prenosa, ili ako je ručno podešena veličina bloka u podokviru

44

na vrijednost 0. U slučaju parametra CRCParity on može imati dvije vrijednosti: 0 ili 1.

Vrijednost 1 označava da je CRC provjera uspješno završena, dok 0 označava da provjera

nije uspješno završena. Za ovaj model korišten je scenarij u kojem je LTE prijemnik zakasnio

za jedan podokvir, tako da proračun Throughput počinje minimalno od drugog podokvira.

Ovaj blok kao izlaz daje izračunate vrijednosti za BLER, srednju propusnost i normalizovanu

propusnost koje se smještaju u SweepDataSet. Relacije na osnovu kojih se računaju navedene

veličine su:

(2.1)

[bps], (2.2)

. (2.3)

2.3. Opis testnih scenarija

Propusnost je važna mjerna karateristika za LTE-A prijemnik. Mnogi parametri utječu

na propusnost, te s ciljem uočavanja koji parametri sistema najviše utječu na propusnost

sistema testirani su različiti scenariji. Kroz poglavlje 2.2 opisane su default-ne postavke

parametara sistema. Oni parametri koji su zajednički za cjelokupan sistem mogu se vidjeti u

Parameters u sklopu dizajna modela i dati su u slijedećoj tabeli.

Tabela 2. 3 Default-ni parametri testnog modela

Ostali parametri koji su korisnički podešeni mogu se naći unutar Equations u sklopu dizajna

modela i sumirani su u slijedećoj tabeli.

45

Tabela 2. 4 Varijabilni parametri testnog modela

U slijedećoj tabeli su dati parametri testiranih scenarija, koji su promjenjeni u odnosu na

default-ne postavke.

Testirani

scenariji

Promjena parametra u odnosu na default-ne postavke

Scenarij 1 -

Scenarij 2 FrameMode=TDD mod

Scenarij 3 Bandwith=5:BW 20 MHz

Scenarij 4 Channel Scenario= UMi

Scenarij 5 UE1_RB_Alloc=[0,41], povećan broj RB dodjeljenih UE1, ostali pet UE

imaju [0,0] tj. nisu im dodjeljeni RB. Maksimalan broj RB je 50.

Scenarij 6 Maximum number of HARQ transmission=2

Tabela 2. 5 Testirani scenariji

Za sve testirane scenarije parametar broj podokvira je postavljen na 30 i SNR uzima

vrijednosti od 14 do 20 dB, u cilju ubrzanja simulacije, jer s default-nim 2000 podokvira za

jedan scenarij simulacija traje 5 sati. Pokušali smo testirati i utjecaj načina UE transmisije,

prvenstveno zatvorene petlje SM i MU-MIMO, no navedene tehnike nisu implementirane u

ovoj verziji SystemVue. Također, scenariji kanala za ruralna i urbana makro-ćelijska područja

daju netačne rezultate, srednja propusnost je nula za sve vrijednosti SNR-a.

46

2.4. Rezultati simulacije testnih scenarija

Kako je već spomenuto razmatrani model analizira propusnost u ovisnosti SNR-a.

Throughput Fraction se definiše kao omjer ispravno primljenih bita tokom određenog perioda

i ukupnog zauzetog propusnog opsega (odnosi se na maksimalnu ostvarenu propusnost). Na

slijedećim slikama 2.31-2.36 predstavljeni su grafici normalizirane propusnosti u funkciji

SNR-a za šest testiranih scenarija. Također, bitno je napomenuti da u SystemVue ovaj model

predstavlja samo konfiguraciju 8x8 MIMO šeme na DL, mogućnost agregacije kanala nije još

uvijek implementirana tako da nije moguće postići brzine od 1Gbps. Svi testirani scenariji

podrazumjevaju upotrebu mobilnog terminala koji podržava najveći broj soft bita. Naravno, i

posjedovanje mobilnog terminala niže kategorije utječe na samu propusnost. No, taj utjecaj je

manje bitan u odnosu na druge sistemske parametre, koji su od interesa u ovom radu.

Također, svi testirani scenariji podrazumjevaju upotrebu 64 QAM modulacione šeme za UE1

u svim dodjeljenim poluokvirovima. Kao što je poznato ova šema obezbjeđuje veću

propusnost, ali i veći BLER, koji se može svesti na malu vrijednost upotrebom većeg

propusnog opsega. Iz već poznatog utjecaja reda modulacione šeme na performanse sistema,

utjecaj modulacione šeme na propusnost nismo testirali.

Sl.2. 31 Normalizirana propusnost vs SNR za scenarij 1

SNR [dB]

No

rmaliz

ova

na p

rops

un

os

t [%

]

0

3

6

9

12

15

18

21

24

27

30

SNR [dB]

14 14.6 15.2 15.8 16.4 17 17.6 18.2 18.8 19.4 20

Scenarij 1

LTE_A_DL_MIMO_8x8_Throughput__L1_ThroughputFraction_Copy

47

Sl.2. 32 Normalizirana propusnost vs SNR za scenarij 2

Sl.2. 33 Normalizirana propusnost vs SNR za scenarij 3

Sl.2. 34 Normalizirana propusnost vs SNR za scenarij 4

SNR [dB]

No

rma

lizir

an

a p

ropus

no

st

[%]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

SNR [dB]

14 14.6 15.2 15.8 16.4 17 17.6 18.2 18.8 19.4 20

Scenarij 2

LTE_A_DL_MIMO_8x8_Throughput__L1_ThroughputFraction_Copy2

SNR [dB]

No

rma

lizir

an

a p

ropus

no

st

[%]

99.5

99.6

99.7

99.8

99.9

100

100.1

100.2

100.3

100.4

100.5

SNR [dB]

14 14.6 15.2 15.8 16.4 17 17.6 18.2 18.8 19.4 20

Scenarij 3

LTE_A_DL_MIMO_8x8_Throughput__L1_ThroughputFraction_Copy

SNR [dB]

No

rma

lizir

an

a p

ropus

no

st

[%]

20

28

36

44

52

60

68

76

84

92

100

SNR [dB]

14 14.6 15.2 15.8 16.4 17 17.6 18.2 18.8 19.4 20

Scenarij 4

LTE_A_DL_MIMO_8x8_Throughput__L1_ThroughputFraction_Copy

48

Sl.2. 35 Normalizirana propusnost vs SNR za scenarij 5

Sl.2. 36 Normalizirana propusnost vs SNR za scenarij 6

Za sve scenarije pri vrijednosti SNR od 20 dB očitane su vrijednosti za BLER, srednju i

normaliziranu propusnost iz Sweep1Data(DataSet)-a i one su date u slijedećoj tabeli.

SNR [dB]

No

rma

lizir

an

a p

ropus

no

st

[%]

0

3

6

9

12

15

18

21

24

27

30

SNR [dB]

14 14.6 15.2 15.8 16.4 17 17.6 18.2 18.8 19.4 20

Scenarij 6

LTE_A_DL_MIMO_8x8_Throughput__L1_ThroughputFraction_Copy

SNR [dB]

No

rma

lizir

an

a p

ropus

no

st

[%]

0

3

6

9

12

15

18

21

24

27

30

SNR [dB]

14 14.6 15.2 15.8 16.4 17 17.6 18.2 18.8 19.4 20

Scenarij 6

HARQ

49

SNR=20 dB BLER Srednja propusnost [Mbps] Normalizirana propusnost [%]

Scenarij 1 0.733 9.173 30

Scenarij 2 0.917 1.019 13.04

Scenarij 3 0 30.58 100

Scenarij 4 0 30.58 100

Scenarij 5 0.733 15.8 26.667

Scenarij 6 0.7 9.173 30

Tabela 2. 6 Karakteristične veličine za testirane scenarije pri SNR = 20 dB

2.5. Zaključak na osnovu rezultata simulacije

Testiranih šest scenarija omogućavaju uvid u parametre koji najviše utječu na propusnost i

BLER. Zbog malog broja procesiranih podokvirova dobiveni rezultati su s manjom

preciznošću, a u našem slučaju preciznost je sporedni cilj. Akcenat je stavljen na utjecaj

pojedinih parametara sistema na same performanse.

SNR

Za sve testirane scenarije vrijedi da je propusnost veća za veću vrijednost SNR-a. Zbog

ekonomske/energetske neisplativosti teži se pronalasku onih tehnika kojima će se propusnost

povećati pri malim vrijednostima SNR-a.

FDD ili TDD mod

Slike 2.31 i 2.32 jasno pokazuje prednost FDD moda u odnosu na TDD. Normalizirana

propusnost je čak dva puta veća kada se koristi FDD mod. Srednja propusnost je manja za 2

Mbps, a BLER je također veći za TDD mod, što potvrđuje prednost FDD moda.

Širina propusnog opsega

Dodjelom većeg propusnog opsega korisniku moguće je znatno poboljšati performanse (slika

2.31 vs 2.33). U našem slučaju propusni opseg je povećan dva puta (20 MHz), a srednja

propusnost se povećala tri puta i konstantna je za bilo koju vrijednost SNR-a. Dakle, pri

dovoljno velikom propusnom opsegu iste performanse je moguće postići s manjim SNR-om.

50

Može se konstatovati da povećanje propusnog opsega ima iste posljedice kao i povećanje

SNR-a, što se može uočiti na osnovu vrijednosti BLER koji je u ovom slučaju jednak nuli.

Profil kanala

Po default-nim postavkama profil kanala je IMT-Advanced indoor okruženje. Promjenom

profila kanala na tipično urbano makro-ćelijsko okruženje moguće je zapaziti znatno bolje

performanse (slika 2.31 vs 2.34). Srednja propusnost je reda 30 Mbps a BLER je sveden na

nula za SNR od 20 dB. Indoor okruženje predstavlja najnepovoljniji scenarij kanala, zbog

efekta shadowing-a i brojnih refeleksija signala, broja ljudi, zidova i sl. S dovoljno visokom

vrijednošću SNR moguće je postići iste performanse kao i za druge scenarije kanala, mada je

to neisplativo i primjenjuju se druge tehnike u cilju povećanja propusnosti u ovim

okruženjima, poput povećanja propusnog opsega kanala.

Broj resursnih blokova

U scenariju 5 korisniku UE1 dodijeljeno je dva puta više resursnih blokova nego u slučaju

scenarija 1. Na osnovu tabele 2.6 i slika 2.31 i 2.35 može se zaključiti da povećanje broja RB

utječe jedino na srednju propusnost koja je neznatno povećana, dok su BLER i normalizirana

propusnost približno iste vrijednosti.

HARQ

Hibridne ARQ procedure kombinuju klasični ARQ princip sa nekim FEC kodom. Ovakva

realizacija podrazumjeva da se paket (formiran dodavanjem CRC redundanse na

informacionu sekvencu) prije slanja koduje FEC tehnikom. Zaštitni kod ima zadatak da

ispravi greške koje se najčešće dešavaju, a pojava grešaka koje nije u stanju da koriguje

dovodi do retransmisije paketa, pri čemu se može dodati veći udio redudanse pri ponovnom

slanju. Na osnovu slika 2.31 i 2.36 (scenarij 1 ima dva puta više HARQ retransmisija u

odnosu na scenarij 6) može se zaključiti da više HARQ retransmisija ima za posljedicu veću

propusnost. HARQ proces s manjim brojem retransmisija može postići iste performanse kao

onaj proces s većim brojem retransmisija ali tek pri dovoljno velikom SNR-u (tabela 2.6).

Također, nulta propusnost na grafiku 2.36 znači da je BLER-u jednak 1. Drugim rječima,

HARQ proces s većim brojem retransmisija osigurava manji BLER pri malim vrijednostima

SNR-a.

51

Zaključak

Uvođenje LTE/SAE arhitekture nije proces koji će biti nadogradnja na postojeću

mobilnu mrežu već izgradnja nove mreže. Iako postojeći operateri već imaju izgrađenu

pristupnu, prenosnu mrežu kao i infrastrukturu jezgre, intervencije na svakom segmentu će

biti nezaobilazne: od nadogradnje ili zamjene postojećih baznih stanica, preko uvođenja IPv6

bazirane all-IP mreže, pa sve do zamjene terminalne opreme i kreiranja novih usluga na novoj

platformi. Evolucija ka LTE i LTE-A podrazumjeva smanjivanje broja mrežnih elemenata u

cilju postizanja što veće jednostavnosti arhitekture mreže. Također, teži se potpunom prelasku

na mreže sa komutacijom paketa što predstavlja prve korake ka nastanku all-IP ravne

arhitekture. Unapređenjem arhitekture mreže dolazi do revolucije u komunikacijama i

eksponencijalnog razvoja širokopojasnih mreža nove generacije koje predstavljaju prioritet

svih zemalja koje imaju želju da se ravnopravno uključe u informaciono društvo i podignu

konkurentnost svojih privreda. Iako su neke tvrtke poput Siemens, Nokia, Nortel i Verizon

započele demonstracije LTE prototipa sistema već 2006. i 2007. god., implementacija LTE-A

se očekuje tek krajem 2013. god. Ipak, LTE-A predstavlja budućnost svijeta telekomunikacija

i koliko će vremena trebati da LTE i LTE-A zažive kao glavni globalni komunikacijski

standard teško je procijeniti.

U ovom radu simulacijom modela LTE-A DL MIMO 8x8 sistema u SystemVue

2011.10 pokazan je odnos propusnosti i SNR-a, u ovisnosti od sistemskih parametara.

Pokazano je da FDD mod ima bolje performanse u odnosu na TDD mod. BLER se može

značajno smanjiti ukoliko se poveća propusni opseg. S druge strane povećanjem propusnog

opsega srednja propusnost se može znatno povećati. HARQ tehnika značajno povećava

performanse sistema pri malim vrijednostima SNR-a. Analizom razmatranog modela, uočeno

je da mnoge tehnike uvedene LTE-A tehnologijom nisu implementirane u SystemVue

2011.10. Dakle, razmatrani model je model LTE sistema sa 8x8 MIMO tehnikom na DL-u, s

tim da su implementirani UE specifični referentni signali, bez kojih ne bi bilo moguće

realizirati MIMO 8x8 na DL. Implementacija karakterističnih tehnika za LTE-A se očekuje u

bliskoj budućnosti.

52

Literatura

[1] Christopher Cox. An introduction to LTE, LTE, LTE-Advanced, SAE and 4G mobile

communications. A John Wiley & Sons, Ltd., Publication, United Kingdom, 2012.

[2] Web: LTE-Advanced release 10 , pristup ostvaren 25.01.2013.

[3] K. Fazel, S. Kaiser. Multi-Carrier and Spread Spectrum Systems, From OFDM and

MC-CDMA to LTE and WiMAX. A John Wiley & Sons, Ltd., Publication, United

Kingdom, 2008.

[4] Web: LTE-A overview, pristup ostvaren 25.01.2013.

[5] Harri Holma, Antti Toskala. LTE for UMTS – OFDMA and SC-FDMA Based Radio

Access. John Wiley & Sons, Ltd. ISBN: 978-0-470-99401-6, 2009.

[6] Abd-Elhamid M. Taha, Najah Abu Ali, Hossam Hassanein. LTE, LTE-Advanced and

WiMAX. John Wiley & Sons, Ltd. Published 2012.

[7] Web: LTE-Advanced, pristup ostvaren 25.01.2013.

[8] Web: Introduction in MIMO , pristup ostvaren 25.01.2013.

[9] Web: LTE and LTE-A , pristup ostvaren 26.01.2013.

[10] Web: Peak-Througput of LTE-A , pristup ostvaren 26.01.2013.

[11] SystemVue 2011.10 Help

53

Skraćenice

APN Access Point Name

ARQ Automatic Repeat reQuest

AWGN Additive White Gaussian Noise

BER Bit Error Rate

BLER Block Error Rate

BPSK Binary Phase Shift Keying

CCITT Consultative Committee for International Telephony and Telegraphy

CDMA Code-Division Multiple Access

CP Cyclic Prefix

E-DCH Enhanced Dedicated Channel

EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution

EPC Evolved Packet Core

ETSI European Telecommunications Standards Institute

E-UTRAN Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network

FCC Federal Communications Commission

FDD Frequency-Division Duplex

FDMA Frequency-Division Multiple Access

FFT Fast Fourier Transform

54

3GPP Third Generation Partnership Project

GPRS General Packet Radio Service

GSM Global System of Mobile

HSDPA High-Speed Downlink Packet Access

HSS Home Subscriber Server

HSUPA High-Speed Uplink Packet Access

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

IP Internet Protocol

ISM Industrial, Science and Medical

LAN Local Area Network

LTE Long Term Evolution

MAC Media Access Layer

MAN Metropolitan Area Network

MCM Multi-Carrier Modulation

MME Mobility Management Entity

MMSE Minimum Mean Square Error

OFDM Orthogonal Frequency-Division Multiplexing

OFDMA Orthogonal Frequency-Division Multiple Access

PCRF Policy and Charging Rules Function

PDCP Packet Data Convergence Protocol

PDDCH Physical Downlink Control Channel

P-GW PDN Gateway

55

PHICH Physical Hybrid ARQ Indicator Channel

PSS Primary Synchronisation Sequences

RAN Radio Access Network

RNC Radio Network Controller

RRM Radio Resource Management

QoS Quality of Service

SAE System Architecture Evolution

SC-FDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access

S-GW Serving Gateway

SNR Signal-to-Noise Ratio

SSS Secondary Synchronisation Sequences

TDD Time-Division Duplex

TDMA Time-Division Multiple Access

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

UTRA Universal Terrestrial Radio Access

WAN Wide Area Network

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access