Категории передаваемого трафика и качественные показатели предоставляемых услуг

В сетях 3G специфицированы 4 класса трафика. Основными характеристиками QoS (Quality of Service) являются:

- класс трафика,

- приоритет,

- надежность передачи,

- задержка в доставке,

- скорости передачи.

Классы трафика и их характеристики представлены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

В сетях LTE в соответствии с требованиями QoS все виды предоставляемых услуг поделены на 9 классов и каждому классу присвоен идентификатор QCI (QoS Class Identifier). В свою очередь организуемые для передачи трафика сквозные каналы поделены на 2 группы в зависимости от типа выделяемого ресурса:

- с гарантированной скоростью передачи GBR (Guaranteed Bit Rate),

- не с гарантированной скоростью передачи Non-GBR.

На основе разработанной классификации составлена таблица требований к качественным показателям передач для трафика 9 разных классов (табл.3.2).

Надежность передачи оценивают по относительной величине непринятых пакетов PERL (Packet Error Loss Rate). Обеспечение величины PERL ≤ 10^-6 возможно при доставке пакетов по протоколу TCP/IP. Отметим, что наивысшим приоритетом обладает сигнальный трафик. По умолчанию доставка TCP/IP трафика (чтение файлов из Интернета, E-mail, мультимедиа) непривилегированным пользователям идет по классу 9.

Таблица 3.2

Коэффициент ошибок при приеме цифровых сигналов зависит от отношения сигнал/помеха. В большинстве случаев из-за множества и сложности процессов, формирующих помехи, их можно считать Гауссовыми. Тогда плотности вероятности приема двухпозиционного сигнала: “1” и “0”, описывают две гауссовские кривые (рис. 3.1).

Рис.3.1. К определению коэффициента ошибок

Вероятность ошибочного приема определяют заштрихованные площадки на рис.3.1. Математически коэффициент ошибок

(3.1)

где Е_с ‒ энергия символа, N₀ – спектральная плотность помехи.

Комплементарная (дополняющая) функция ошибок

,

где

‒ табулированная функция ошибок.

Переходя к мощности сигнала на входе приемника Р_с в полосе , вводя скорость передачи символов В и мощность помехи P_пом, преобразуем (3.1) к виду

. (3.2)

Мощность сигнала на входе приемника

(3.3).

где P_перед – мощность переданного сигнала, L – потери на трассе. Обычно выражение (3.3) представляют в логарифмическом виде:

Р_с (дБм) = Р_перед(дБм) + k(дБ) – L(дБ) (3.4)

В классической теории распространения радиоволн на открытых трассах

L = ad²f², (3.5)

где d – расстояние между базовой и мобильной станциями, f – рабочая частота. В реальных условиях при многолучевом распространении радиоволн плотности вероятности уровней сигнала и помехи распределены по логнормальному закону и распределение величины отношения сигнал/помеха a_с/п(дБ) описывает выражение

. (3.6)

В условиях многолучевого распространения радиоволн формула для расчета потерь на трассе приближается к следующей

L = bd⁴f² (3.7)

Скорость передачи данных в радиоканале зависит от ширины полосы радиоканала П и от используемых модуляционно-кодирующих схем. Для приема без ошибок должно выполняться условие

В_симв (Мсимв/с) ≤ П (МГц) (3.8)

Скорость передачи данных рассчитывают по формуле

В_инф = В_симв × log₂₍M) × R_кода (3.9)

В (3.9) M – число символов в алфавите используемого сигнала, R_кода – скорость избыточного кодирования. В сетях 3G и 4G используют сигналы 2-ФМ, 4-ФМ, 8-ФМ (рис. 3.2), 16-КАМ (рис. 3.3) и 64-КАМ (рис.3.4).

Рис. 3.2. Сигнальные созвездия для М-ФМ

Сигналы 4-ФМ, 8-ФМ,16-КАМ и 64-КАМ относятся к классу квадратурных сигналов:

, (3.10)

где U_I (inphase) – амплитуда синфазной составляющей,

U_Q (quadrature) – амплитуда квадратурной составляющей.

Рис.3.3. Созвездие сигнала 16-КАМ

Рис. 3.4. Созвездие сигнала 64-КАМ

Произведем оценку предельных сквозных скоростей передачи данных в сетях разных стандартов при R_кода = 1.

GERAN. Полоса П = 0,2 МГц, модуляция 8-ФМ. В соответствии с (3.9)

В_инф = 0,2 × 3 = 0,6 Мбит/с.

UMTS. Полоса П = 3,84 МГц, модуляция 16-КАМ (64-КАМ). В соответствии с (3.9)

В_инф = 3,84 × 4 (6) = 14 (21) Мбит/с.

LTE. Полоса П = 18 МГц, модуляция 64-КАМ. В соответствии с (3.9)

В_инф = 18 × 6 = 108 Мбит/с.