Телекоммуникации

Dr. A.G. VOSTRETSOV д.т.н., проф. ВОСТРЕЦОВ А.Г.

Dr. М.S. SHUSHNOV к.т.н., доц. ШУШНОВ М.С.

Secretary of the section Секретарь секции

T.V. SHUSHNOVA ШУШНОВА Т.В.

69 978-1-5386-7054-5/18/$31.00 ©2018 IEEE

Разработка программного обеспечения для анализа интерференции PCI коллизий в сети

Руслан В. Ахпашев, Вера Г. Дроздова

Сибирский Государственный университет телекоммуникаций и информатики, Новосибирск. Россия

Аннотация — Статья покрывает некоторые ключевые подходы к решению проблемы минимизации уровня интерференции в сетях LTE, и далее 5G. Данная проблема обусловлена недостатком частотного ресурса для переиспользования. Был проведен сравнительный анализ на основе имитационного моделирования. Сравнение было проведено для вероятности блокировки сервиса для каждого абонента основываясь на уровне интерференции после предложенного авторами метода по минимизации интерференции. Данная проблема связана с интерференцией пилотных сигналов в связи с коллизиями в планировании PCI кодов. Данные коллизии связаны с одинаковыми кодами, распределенными между соседними секторами, что вызывает интерференцию в распределении пилотных сигналов по частоте и по времени. Авторы разработали программное обеспечение для мобильных телефонов на базе Android для проведения тест-драйвов в реальном времени, собирая информацию о сети LTE, привязанную к GPS координатам.

Это необходимо для отслеживания таких зон интерференции.

Так же, было разработано программное обеспечение для сервера, где проводиться обработка данных и последующая оптимизация путем минимизации значения интерференции между соседними базовыми станциями.

Ключевые слова - LTE, интерференция, PCI-коллизии, оптимизация.

I.

В

ЕТЬ LTE (Long Term Evolution) это мобильная сеть 4- го поколения разработанная группой 3GPP [1].

Технология LTE является мультисервисной сетью, которая разработана для предоставления гарантированного качества обслуживания (Quality of Service, QoS) для различного вида трафика (FTP, стриминговые сервисы, трафик реального времени и т.д.). На физическом уровне используется технология ортогонального разнесения поднесущих, предоставляющих множественный доступ (Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA). Важной частью данной технологии является ^{ОЦЕНИВАНИЕ} качества и уровня принятого сигнала с базовой станции абонентом. Для реализации данной функции в сети LTE используются так называемые пилотные сигналы (Reference Signals, RS) для оценивания качество и мощность принятого радиосигнала.

Существует 3 различные схемы распределения пилотных сигналов, каждая из которых привязана к определенной ячейки (сектору) в базовой станции и является физическим идентификатором соты (Physical Cell Identity, PCI). Это означает, что две соседние соты с одинаковым распределением RS будут интерферировать между собой в определении качества и мощности сигнала на стороне абонента. Множество исследований выполнено по данной проблеме, например, [2-4].

В статье [2] авторы предлагают добавление в сеть LTE расширенного синхронизирующего сигнала (Extended

Synchronization Signals, ESS) для того, чтобы полностью избавиться от надобности физических адресов в местах с высокой плотностью абонентов сети LTE. Данный подход так же разработан для уменьшения избыточных сигнальных сообщений и задержек при передаче обслуживания другой базовой станции (handover). Авторы рассматривают отсутствие вероятности коллизий между PCI при централизованном планировании и значительное уменьшение интерференции при распределенном планировании сети.

Авторы [3] статьи предлагают самоорганизующийся алгоритм при планировании номеров физических идентификаторов сот. (PCI) в сетях LTE-Advanced. Новый алгоритм внедряет распределение PCI кодов, основываясь на теории графов. Алгоритм работает на основе метода Флойда для закрытия пробелов сети и расчете весов для каждой соты. В результате получается оптимальное распределение PCI кодов для каждой соты.

Статья [4] предлагает многокритериальную оптимизационную модель для распределения PCI. Данная модель нацелена на минимизацию интерференции и количества пар сот нарушающих мягкие ограничения в то время, как жесткие ограничения будут удовлетворены.

Эвристическая схема использует максимально охватывающие деревья для определения указаний для eNodeB и в дальнейшем соответствовать этим требованиям, назначая доступные PCI для каждого сектора базовых станций.

В данной статье авторы сконцентрировались на решении проблемы анализа данных драйв-тестов в реальном времени для сети LTE. Так же авторы предлагают решение для поиска и предотвращения интерференции между сотами с одинаковыми PCI кодами.

II.

П

На Рисунке 1 изображена схема работы кроссплатформенного программно-аппаратного комплекса для получения статистики об оcновных параметрах сети LTE. Для разработки мобильного приложения была выбрана платформа Android, т.к. она является одной из самых популярных операционных систем для мобильных приложений, так же мобильные аппараты предоставляют доступ к данным параметрам гораздо легче других операционных систем. Основная идея состоит в том, чтобы получать данные с абонентского устройства (UE), привязанные к координатам GPS. Это необходимо для получения более точной информации о качестве мощности радиосигнала, которые определяются непосредственно на основе PCI кодов, распределенных для каждого сектора базовой станции.

С

70

Первой частью данного проекта является разработка мобильного приложения для смартфонов, которые будут способны накапливать информацию и отправлять ее на сервер. Авторы разработали данное решение в виде приложения, работающего без вмешательства в пользовательский интерфейс, которое можно будет установить на большое количество мобильных устройств.

Данные, полученные с UE помогут получить более точную информацию о пользовательских ключевых показателей эффективности сети (Key Performance Indicator, KPI). Далее, данные поступаю на централизованный сервер, где проходит дальнейшая обработки и анализ. Часть основных данные, отправляемых на сервер представлена ниже:

 RSRP (Reference Signal Received Power) это средняя мощность принятых пилотных сигналов, используется для всех видов мобильности и контроля мощности в UL[4];

 RSRQ (Reference Signal Received Quality) показывает качество принятых пилотных сигналов в сравнении со всеми принятыми сигналами [4];

 PCI (Physical Cell ID) физический идентификатор соты, используется для разделения схем пилотных сигналов;

 GPS-координаты;

Рис. 1. Схема работы программно-аппаратного комплекса.

Данных подход как драв-тестов в реальном времени может помочь операторам сотовой связи в поиске и анализе реальной ситуации на сети. В дальнейшем будет легче проводить оптимизацию, имея данные полученных с мобильных устройств.

PCI коллизии

Коллизии между физическими идентификаторами сот являются важной частью в процедуре оптимизации сети LTE. Схемы пилотных сигналов в направлении вниз (DL) в основном определяют PCI. Каждая схема имеет различную позицию в частотно-временном ресурсе. Рисунок 2 показывает пример распределения PCI кодов для различных сот.

Рис. 2. Пример распределение PCI для каждой соты.

Существует 3 типа распределения PCI схем. Одна из них показана ниже (см. Рис. 3).

Рис. 3. Распределение пилотных сигналов в одной из схем PCI.

Данное распределение показывает на какой частоте и в какое время точно будет передаваться какой-то импульс.

Проблема коллизий PCI появляется, когда две или более базовых станций, находящихся рядом, имеют одинаковую схемы распределения пилотных сигналов. В данном случае абонент на краю соты будет получать сигнал со всех сот в одно и то же время и в одной и той же частоте. Это влечет за собой неправильную оценку качества и мощности принятых пилотных сигналов, т.к. при достижении абонента они будут суммироваться. Со стороны базовой станции абонент будет находиться в плохих радиоусловиях, при этом со стороны абонента будет казаться, что у него очень хорошие радиоусловия. В следствии этого, будут появляться проблемы с мобильностью, предоставление сервиса и т.д.

Базовая станция будет знать о примерных радиоусловиях абонента т.к. она каждый момент времени оценивает значение Timing Advance (TA), то есть задержу между принятых сигналом от абонента и временем, когда он должен был этот сигнал отправить.

Авторы данной статью сравнивают результаты PCI оптимизации на примере основной процедуры установления RRC Connection для абонентов, находящихся на караю соты.

Оптимизация была проведена на основе минимизации количества сот, имеющих большой показатель PCI коллизий (1).

1

min

( , max)

i