Дослідження та моделювання методів ефективного розподілу радіоресурсів в мережах 4G/5G
Автор: Данилюк Денис Сергійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Системне адміністрування телекомунікаційних мереж
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Постійне зростання кількості користувачів мобільних мереж 4G/5G та актуальність їх застосування в різних сферах зумовлює еволюцію методів управління ресурсами. Задача розподілу ресурсів полягає в ефективному розподілі доступних ресурсів базових станцій між різними користувачами в зоні покриття мережі. Використання методів розподілу призводить до зміни продуктивності в залежності від властивостей радіоканалу. Ці властивості залежать від положення користувача, перешкод навколо користувача і перешкод від інших станцій або користувачів. У поєднанні з мінливістю вимог до кількості даних, різноманітність ситуацій стає важливою і якість рішень щодо розподілу ресурсів може відігравати вирішальну роль. Дана робота зосереджена на дослідженні існуючих стратегіях розподілу ресурсів в безпровідних мережах і використовує переваги відомих для розвитку нових методів, які можуть бути використані як в 4G, так і в 5G з метою якісного надання послуг та зменшення енергетичного споживання мереж. В першому розділі розглянуто основні методи розподілу ресурсів, що зустрічаються в сучасних безпровідних мережах 4G/5G. Надано опис сучасних методів передачі на фізичному рівні, включаючи OFDM та SC-FDMA та їх відповідну характеристику. Описано відмінності між LTE та 5G NR RAN. Детально представлено принцип розподілу ресурсів в класичних системах 4G/5G з одним входом і одним виходом (SISO) та MIMO, ці системи вважають, що користувач покривається тільки однією базовою станцією (БС). Насамкінець, висвітлено питання розгортання, покриття та пропускної здатності мереж 5G. У другому розділі розглядаються принципи існуючих рішень MaxSNR, PF або RR щодо розподілу ресурсів між користувачами. Визначено їх основні переваги та недоліки. Виявлено, що досягнення як низького системного енергоспоживання, так і високої спектральної ефективності є дуже складними завданнями в мережах 4G/5G. Основний внесок цього розділу полягає в тому, що запропоновано метод, який здатний регулювати свої пріоритети, адаптуючи розподіл ресурсів під навантаження, та використовуючи схему активації та деактивації базової станції для зменшення енергетичного споживання мережі в умовах відсутності активних коритсувачів в їх зоні. У третьому розділі на основі відомої імітаційної моделі доведено, що коли користувачі знаходяться в різних зонах базової станції з різними радіоумовами, то процес розподілу ресурсів та максимально можлива пропускна здатність залежатиме від алгоритму планування ресурсів RR, PFR, MaxSNR(BestCQI). Встановлено, що в умовах нерівномірного розподілу користувацького навантаження між сусідніми комірками, відомі методи повторного використання частот призводять до низького завантаження спектра в одних стільниках і дефіциту спектра в інших. Через те що, виділення спектру між центральною і граничною коміркою відбувається статичним методом ефективність використання всього спектру зменшується. В даній роботі запропоновано метод динамічного повторного використання частот для різних розмірів комірок, згідно з яким кожна комірка розбивається на дві зони - центральну та граничну. Для дослідження запропонованого методу розроблено імітаційну модель, яка дає змогу задавати різні параметри щодо навантаження мережі та розподілу ресурсів між центральною та граничною зоною. У четвертому розділі порівняно стандартний метод розподілу ресурсів базових станцій із запропонованим. Виявлено, що при використанні запропонованого методу розподілу ресурсів можна досягти зниження коефіцієнта зниження пропускної здатності в декілька разів. У випадку, коли користувачі концентруються в центральній зоні комірки, збільшення становить 2 рази. У випадку, коли користувачі концентруються в області межі комірки, виграш становить близько 5 разів. Також виходячи з проведеного моделювання та досліджень, встановлено, що запропонований метод одночасно забезпечує вимоги QoS за критерієм пропускної здатності мережі та мінімізує енергоспоживання мережі адаптуючись під локалізацію та навантаження користувачів. У п’ятому розділі проведено економічне обгрунтування реалізації розробки 4G/5G . Об’єкт дослідження – процес розподілу радіоресурсів в мережах 4G/5G. Предмет дослідження – є методи та моделі планування та розподілу радіоресурсів. Метою роботи є підвищення ефективності розподілу ресурсів мережі 4G/5G із врахування вимог QoS.