Ο ταχύτατα εξελισσόμενος τομέας των δικτύων κινητών επικοινωνιών έχει επιφέρει μία ιδιαίτερα
αυξανόμενη απαίτηση για ασύρματη, πολυμεσική επικοινωνία. Στη ραγδαία εξέλιξη του τομέα αυτού
συμβάλουν τα μέγιστα και οι απαιτήσεις της σύγχρονης αγοράς για ένα ενοποιημένο και λειτουργικό
σύστημα κινητής τηλεφωνίας παρέχοντας παράλληλα πληθώρα ευρυζωνικών υπηρεσιών ψηφιακού
περιεχομένου στους πελάτες – χρήστες του.
Είναι γεγονός ότι, τα τελευταία χρόνια τα δίκτυα επικοινωνιών τρίτης γενιάς (3G) – UMTS γνωρίζουν
μεγάλη άνθηση και η χρήση τους έχει επεκταθεί στις περισσότερες ευρωπαϊκές χώρες, όπως και στην
Ελλάδα. Τα νέα αυτά κινητά δίκτυα αντικαθιστούν τα υπάρχοντα κινητά δίκτυα δεύτερης γενιάς και
επιπλέον προσφέρουν προηγμένες υπηρεσίες στους κινητούς χρήστες. Ωστόσο, η αδήριτη ανάγκη για
μεγαλύτερες (ευρυζωνικές) ταχύτητες πρόσβασης οδήγησε στην περαιτέρω ανάπτυξη των 3G δικτύων
και στην υιοθέτηση νέων τεχνολογιών, με κυριότερο εκπρόσωπο τους την τεχνολογία HSPA. Η
τεχνολογία HSPA αποτελεί τη φυσιολογική μετεξέλιξη του UMTS, η οποία πολλές φορές συναντάται και
ως 3.5G ή 3G+, προκειμένου να δηλώσει την αναβάθμιση του 3G (UMTS) προτύπου.
Ωστόσο, παρά το γεγονός ότι η τεχνολογία HSPA αναμένεται να προσφέρει τη δυνατότητα παροχής
πληθώρας ευρυζωνικών υπηρεσιών, το 3GPP ήδη μελετά και επεξεργάζεται νέες τεχνολογίες που θα
επικρατήσουν την αμέσως επόμενη δεκαετία στην αγορά των κινητών επικοινωνιών. Το νέο αυτό project
αποκαλείται Long Term Evolution (LTE) και στοχεύει στην επίτευξη ακόμη υψηλότερων ρυθμών
μετάδοσης σε συνδυασμό με την αξιοποίηση μεγαλύτερου εύρος ζώνης. Κύρια προοπτική του LTE
αποτελεί η διασφάλιση της ανταγωνιστικότητας και η επικράτηση του προτύπου στο χρονικό ορίζοντα
της επόμενης δεκαετίας.
Κατά συνέπεια, η αγορά κινητών επικοινωνιών σταδιακά μεταλλάσσεται προς τη δημιουργία δικτύων
κινητών επικοινωνιών επόμενης γενιάς, με απώτερο σκοπό την επίτευξη του αποκαλούμενου «Mobile
Broadband».
Ταυτόχρονα με την εκτεταμένη εξάπλωση των δικτύων κινητών επικοινωνιών επόμενης γενιάς καθώς
και τις αυξημένες δυνατότητες των κινητών συσκευών, οι πάροχοι πολυμεσικού περιεχομένου και
υπηρεσιών ενδιαφέρονται όλο και περισσότερο για την υποστήριξη της πολυεκπομπής δεδομένων
(multicasting) στα δίκτυα αυτά με σκοπό την αποτελεσματική διαχείριση και επαναχρησιμοποίηση των
διαθέσιμων πόρων του δικτύου. Επιπρόσθετα, οι χρήστες των κινητών δικτύων έχουν πλέον την
απαίτηση να προσπελαύνουν εφαρμογές και υπηρεσίες οι οποίες μέχρι σήμερα μπορούσαν να
διατεθούν αποκλειστικά από τα συμβατικά ενσύρματα δίκτυα. Έτσι λοιπόν στις μέρες μας γίνεται λόγος
για υπηρεσίες πραγματικού χρόνου όπως mobile TV, mobile gaming, mobile streaming κ.α.
Ένα από τα σημαντικότερα βήματα των δικτύων κινητών επικοινωνιών προς την κατεύθυνση της
παροχής νέων, προηγμένων πολυμεσικών υπηρεσιών είναι η εισαγωγή της υπηρεσίας Multimedia
Broadcast / Multicast Service (MBMS). Η MBMS υπηρεσία έχει σαν κύριο σκοπό την υποστήριξη IP
εφαρμογών πανεκπομπής (broadcact) και πολυεκπομπής (multicast) επιτρέποντας με αυτό τον τρόπο
την παροχή υπηρεσιών υψηλού ρυθμού μετάδοσης σε πολλαπλούς χρήστες με οικονομικό τρόπο. Η
multicast μετάδοση δεδομένων σε κινητά δίκτυα επικοινωνιών είναι μια νέα λειτουργικότητα η οποία
βρίσκεται ακόμη στο στάδιο των δοκιμών και της προτυποποίησης της. Ένας multicast μηχανισμός
μεταδίδει τα δεδομένα μόνο μία φορά πάνω από κάθε ασύρματο σύνδεσμο που αποτελεί τμήμα των
μονοπατιών προς τους προορισμούς-κινητούς χρήστες.
Το κρισιμότερο σημείο που εντοπίζεται κατά τη multicast μετάδοση δεδομένων στα κινητά δίκτυα
επικοινωνιών είναι ο αποτελεσματικός έλεγχος ισχύος. Οι σταθμοί βάσης των κυψελωτών αυτών
δικτύων διαθέτουν περιορισμένους πόρους ισχύος (άρα και περιορισμένη χωρητικότητα κυψέλης),
γεγονός που επιβάλλει τη χρήση μίας βέλτιστης στρατηγικής για την όσο το δυνατόν καλύτερη
αξιοποίηση των διαθέσιμων πόρων ισχύος. Ο έλεγχος ισχύος στοχεύει στη μείωση της εκπεμπόμενης
ισχύος, στην ελαχιστοποίηση του θορύβου στο κυψελωτό δίκτυο και κατά συνέπεια στη διασφάλιση
μεγαλύτερης χωρητικότητας επιπλέον χρηστών.
Ένα από τα βασικότερα στοιχεία του ελέγχου ισχύος στα δίκτυα κινητών επικοινωνιών επόμενης γενιάς
κατά τη multicast μετάδοση πολυμεσικών δεδομένων αποτελεί η επιλογή του κατάλληλου καναλιού
μεταφοράς για τη μετάδοση των δεδομένων από τον κόμβο RNC στον κινητό χρήστη. Συγκεκριμένα,
πρόκειται για ένα κρίσιμο ζήτημα το οποίο είναι ακόμα υπό εξέταση στο 3GPP. Προς την κατεύθυνση
αυτή, στο MBMS στάνταρ έχει αναπτυχθεί ένας μηχανισμός που αποκαλείται Counting Mechanism. Ο στόχος του μηχανισμού αυτού είναι η βελτιστοποίηση της ροής δεδομένων για την υπηρεσία MBMS,
όταν αυτά διέρχονται από τις διεπαφές του UTRAN (διεπαφές Iub και Uu). Ωστόσο, η υπάρχουσα
μορφή του μηχανισμού αυτού διακρίνεται από πολλές αδυναμίες που δεν επιτρέπουν την
αποτελεσματική και μαζική μετάδοση πολυμεσικών δεδομένων. Τα σημαντικότερα προβλήματα του
υπάρχοντος Counting Mechanism είναι η απουσία ευρυζωνικών χαρακτηριστικών καθώς και η σπατάλη
σημαντικού τμήματος των (ούτως ή άλλως περιορισμένων) πόρων ισχύος. Εν γένει, η επιλογή του
κατάλληλου καναλιού μεταφοράς των πολυμεσικών δεδομένων στο ασύρματο μέσο είναι μια δύσκολη
διαδικασία καθώς μια λανθασμένη επιλογή καναλιού μπορεί να οδηγήσει στην αστοχία ενός ολόκληρου
κελιού. Γίνεται σαφές, λοιπόν, ότι απαιτείται μία βελτιωμένη έκδοση του υπάρχοντος Counting
Mechanism για την αποτελεσματικότερη και οικονομικότερη μετάδοση πολυμεσικού περιεχομένου σε
μεγάλο πλήθος χρηστών.
Στόχος της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η μελέτη του ελέγχου ισχύος στα δίκτυα κινητών
επικοινωνιών επόμενης γενιάς καθώς και η ανάπτυξη νέων μεθόδων για τη βελτιστοποίηση του
Counting Mechanism. Ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της μεταπτυχιακής αυτής εργασίας είναι η ενσωμάτωση
και η «εκμετάλλευση» όλων των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών της HSDPA τεχνολογίας στην MBMS
υπηρεσία. Η MBMS υπηρεσία μέχρι τώρα βασίζεται στη λειτουργικότητα των υπαρχόντων UMTS
δικτύων. Ο συνδυασμός των δύο αυτών προτύπων, δηλαδή του MBMS και του HSDPA, υπόσχεται
τόσο την παροχή ευρυζωνικών πολυμεσικών δεδομένων σε μεγάλο πλήθος κινητών χρηστών όσο και
τη βέλτιστη επίτευξη ελέγχου ισχύος.
Προς αυτή την κατεύθυνση, θα πραγματοποιηθεί ανάλυση όλων των υπαρχόντων καναλιών μεταφοράς
του UMTS καθώς και της τεχνολογίας HSDPA και τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη
multicast μετάδοση πολυμεσικών δεδομένων. Πιο συγκεκριμένα, τα κανάλια τα οποία αξιολογούνται
είναι τα: Forward Access Channel, High Speed–Downlink Shared Channel και Dedicated Channel. Τα
παραπάνω κανάλια μεταφοράς αξιολογούνται με βάση την απαιτούμενη ισχύ που πρέπει να ανατεθεί
από το σταθμό βάσης για καθένα από αυτά, και κατά συνέπεια με βάση το ρυθμό μετάδοσης τους, τον
αριθμό των χρηστών που μπορούν να εξυπηρετήσουν, την ποιότητα υπηρεσιών για κάθε χρήστη, τη
μέγιστη δυνατή κάλυψη της κυψέλης κ.α.
Επίσης, αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η εύρεση ενός κατάλληλου σημείου
εναλλαγής μεταξύ των διάφορων τύπων καναλιών κατά τη μετάδοση πολυμεσικών δεδομένων. Θα
διερευνηθούν τεχνικές μείωσης της εκπεμπόμενης ισχύος με απώτερο σκοπό την αποδοτικότερη χρήση
των πόρων του συστήματος και θα προταθούν νέες παραλλαγές του Counting Mechanism με ανώτερα
χαρακτηριστικά διαχείρισης και κατανομής πόρων ισχύος. Οι νέοι αυτοί μηχανισμοί υπόσχονται
βελτιωμένη απόδοση, μείωση της καταναλισκόμενης ισχύος και κατά συνέπεια αύξηση της
χωρητικότητας των κινητών δικτύων επόμενης γενιάς. Το γεγονός αυτό μπορεί να επιτρέψει τη μαζική
μετάδοση πολυμεσικών δεδομένων σε πληθώρα κινητών χρηστών.
Τέλος, θα διερευνηθούν και νέες, πιο αποδοτικές τεχνικές για τη μετάδοση πολυμεσικών δεδομένων στα
μελλοντικά δίκτυα LTE. Στην περίπτωση αυτή λαμβάνονται υπόψιν όλες οι βασικές τεχνικές μετάδοσης
δεδομένων όπως τα MIMO κεραιοσυστήματα. / Due to rapid growth of mobile communications technology, the demand for wireless multimedia
communications thrives in today’s consumer and corporate market. The need to evolve multimedia
applications and services is at a critical point given the proliferation and integration of wireless systems.
Consequently, there is a great interest in using the IP-based networks to provide multimedia services.
One of the most important areas in which the issues are being debated, is the development of standards
for the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).
UMTS constitutes the third generation (3G) of cellular wireless networks which aims to provide highspeed
data access along with real time voice calls. Wireless data is one of the major boosters of
wireless communications and one of the main motivations of the next generation standards. Through the
3G mobile networks, the mobile users have the opportunity to run applications and realize services that
offered until today only by wired networks. Such broadband services are mobile Internet, mobile TV,
mobile gaming, mobile streaming, video calls etc.
High Speed Packet Access (HSPA) constitutes a significant step towards the so-called Mobile
Broadband. HSPA supports both downlink and uplink communication through the HSDPA and HSUPA
channels, respectively. HSPA promises the provision of enhanced end-users’ experience with a wide
range of novel, interactive applications, faster performance and reduced delays. Furthermore, from the
operators’ prism, HSPA ensures improved network performance, increased capacity and higher
coverage.
Multimedia Broadcast Multicast Service (MBMS) is a novel framework, extending the existing UMTS
infrastructure that constitutes a significant step towards the so-called Mobile Broadband. MBMS is
intended to efficiently use network and radio resources, both in the core network and, most importantly,
in the air interface of UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN), where the bottleneck is placed
to a large group of users. Actually, MBMS is a point-to-multipoint service in which data is transmitted
from a single source entity to multiple destinations, allowing the networks resources to be shared.
MBMS is an efficient way to support the plethora of the emerging wireless multimedia and application
services such as IP Video Conferencing, Streaming Video by supporting both broadcast and multicast
transmission modes.
Long Term Evolution (LTE) will stretch the performance of 3G systems with improved coverage and
system capacity, as well as increased data rates and reduced latency. LTE also provides a tight
integration between unicast and multicast/broadcast MBMS transport bearers. Moreover, it also takes
3G-MBMS one step further to provide highly efficient multi-cell broadcast. By transmitting not only
identical signals from multiple cell sites (with identical coding and modulation), but also synchronize the
transmission timing between cells, the signal at the mobile terminal will appear exactly as a signal
transmitted from a single cell site and subject to multi-path propagation.
There is a growing demand for wireless data applications, which although face low penetration today,
are expected to gain high interest in future mobile networks. These applications actually reflect a
modern, future way of communication among mobile users. For instance, mobile TV is expected to be a
‘killer’ application for 3G’s. Such mobile TV services include streaming live TV (news, weather forecasts
etc.) and streaming video (such as video clips). All the above constitute a series of some indicative
emerging applications that necessitate advanced transmission techniques. However, increased
improvements have to be made both in the uplink and downlink transmission and in better radio
resource management, in order to meet future demands and provide rich multimedia services to large
users’ population. In addition, several obstacles, mainly regarding the interoperability and ubiquitous
access between different access technologies and services, have to be overcome (thus leading to 4G).
The main target of this dissertation is the study of power control issues, the development and the
performance evaluation of an efficient power scheme for the provision of broadband, multicast services
and applications to mobile users. This will be effectively implemented through the efficient use of MBMS
and HSPA technologies in both 3G and its evolution LTE. An important aspect of this work is the
investigation of the selection of the most efficient radio bearer for the transmission of MBMS multicast
data. MBMS services can be provided in each cell by either multiple Point to Point (PTP) channels or by
a single Point to Multipoint (PTM) channel. PTM transmission uses a single channel reaching down to
the cell edge, which conveys identical traffic. On the other hand, PTP transmission uses dedicated
channel allocated to each user, which conveys identical content. Obviously, a decision has to be made on the threshold between these two approaches. Therefore, improvements of the currently existing
Counting Mechanism in MBMS will be studied. Although relative research work in this field considers the
need for a power-based Counting Mechanism and not a UE-based Counting Mechanism, the case of
HSDPA usage in such a power mechanism could be further investigated, taking also into account the
availability of multi-mode cells. This could lead to an optimal scheme for the MBMS Counting
Mechanism.
The fundamental selection criterion of channel type is the amount of base station power required to
transmit to a group of users. To this direction, the role of power control in the MBMS multicast
transmission in UMTS is studied and analysed. A power control scheme for the efficient radio bearer
selection in MBMS is then proposed. The choice of the most efficient transport channel in terms of
power consumption is a key point for the MBMS since a wrong transport channel selection for the
transmission of the MBMS data could result to a significant decrease in the total capacity of the system.
Various UMTS transport channels are examined for the transmission of the multicast data and a new
algorithm is proposed for the more efficient usage of power resources in the base station.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/1532 |
| Date | 27 April 2009 |
| Creators | Ρέκκας, Ευάγγελος |
| Contributors | Μπούρας, Χρήστος, Rekkas, Evangelos, Βαρβαρίγος, Εμμανουήλ, Μπερμπερίδης, Κωνσταντίνος, Μπούρας, Χρήστος |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 0 |
| Relation | Η ΒΥΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.0034 seconds