Scheme de alocare a canalelor - Channel allocation schemes
În gestionarea resurselor radio pentru rețelele fără fir și celulare , schemele de alocare a canalelor alocă lățimea de bandă și canalele de comunicație stațiilor de bază, punctelor de acces și echipamentelor terminale. Obiectivul este de a atinge o eficiență spectrală maximă a sistemului în bit / s / Hz / site prin reutilizarea frecvenței , dar asigură totuși un anumit grad de serviciu evitând interferența co-canal și interferența canalului adiacent între celulele sau rețelele din apropiere care partajează lățimea de bandă .
Schemele de alocare a canalelor urmează unul dintre cele două tipuri de strategii:
- Fix : FCA, alocare de canal fix: atribuit manual de operatorul de rețea
-
Dinamic :
- DCA, alocare dinamică a canalului
- DFS, selecție dinamică a frecvenței
- Răspândiți spectrul
Alocarea canalului static
În alocarea canalului fix sau atribuirea canalului fix ( FCA ) fiecărei celule i se dă un set predeterminat de canale de frecvență. FCA necesită planificarea manuală a frecvenței, care este o sarcină dificilă în sistemele bazate pe acces multiplu cu divizare în timp (TDMA) și acces multiplu în diviziune în frecvență (FDMA), deoarece astfel de sisteme sunt extrem de sensibile la interferența co-canal de la celulele din apropiere care reutilizează același lucru canal. Un alt dezavantaj al sistemelor TDMA și FDMA cu FCA este că numărul de canale din celulă rămâne constant, indiferent de numărul de clienți din acea celulă. Acest lucru are ca rezultat aglomerarea traficului și pierderea unor apeluri atunci când traficul devine greu în unele celule și capacitatea inactivă în alte celule.
Dacă FCA este combinat cu FDMA convențional și poate sau TDMA, un număr fix de canale vocale poate fi transferat peste celulă. Un apel nou poate fi conectat numai printr-un canal neutilizat. Dacă toate canalele sunt ocupate, noul apel este blocat în acest sistem. Există totuși mai multe scheme dinamice de gestionare a resurselor radio care pot fi combinate cu FCA. O formă simplă este pragul de predare adaptabil la trafic, ceea ce implică faptul că apelurile de la telefoanele mobile situate în suprapunerea dintre două celule adiacente pot fi forțate să efectueze predarea către celula cu sarcina cea mai mică pentru moment. Dacă FCA este combinat cu spectru răspândit, numărul maxim de canale nu este fixat teoretic, dar în practică se aplică o limită maximă, deoarece prea multe apeluri ar provoca un nivel de interferență prea mare al co-canalului, cauzând o calitate problematică. Spectrul răspândit permite aplicarea respirației celulare , permițând unei celule supraîncărcate să împrumute capacitatea (numărul maxim de apeluri simultane în celulă) de la o celulă din apropiere care are aceeași frecvență.
FCA poate fi extins într-un sistem DCA prin utilizarea unei strategii de împrumut în care o celulă poate împrumuta canale de la celula vecină, care este supravegheată de Mobile Switching Center (MSC).
Selecția dinamică a frecvenței
Dynamic Frequency Selection ( DFS ) este un mecanism specificat pentru rețelele fără fir cu puncte de acces necontrolate central, cum ar fi rețeaua LAN fără fir (în mod obișnuit Wi-Fi). Este proiectat pentru a preveni interferențele cu alte utilizări ale benzii de frecvență, cum ar fi radar militar , comunicații prin satelit și radar meteo . Punctele de acces ar selecta automat canalele de frecvență cu niveluri mici de interferență. În cazul standardului LAN fără fir, DFS a fost standardizat în 2003 ca parte a IEEE 802.11h . Banda de frecvență reală pentru DFS variază în funcție de jurisdicție. Este adesea aplicat pentru benzile de frecvență utilizate de radarul meteorologic Terminal Doppler și de comunicații prin satelit pe banda C. Configurarea greșită a DFS a provocat întreruperi semnificative în funcționarea radarului meteo în timpul implementărilor timpurii de Wi-Fi de 5 GHz în mai multe țări din lume. De exemplu, DFS este, de asemenea, obligatoriu în banda U-NII 5470-5725 MHz pentru evitarea radarului în Statele Unite.
Alocare dinamică a canalelor
O modalitate mai eficientă de alocare a canalului ar fi Alocarea dinamică a canalului sau Alocarea dinamică a canalului (DCA) în care canalul vocal nu este alocat permanent celulei, în schimb pentru fiecare canal de cerere a stației de bază de cerere de apel de la MSC. Canalul este alocat în urma unui algoritm care contează următoarele criterii:
- Probabilitate de blocare viitoare în celulele vecine și distanța de reutilizare
- Frecvența de utilizare a canalului candidat
- Probabilitatea medie de blocare a sistemului general
- Distribuție instantanee de ocupare a canalelor
Este necesar ca MSC să colecteze date în timp real despre ocuparea canalului, distribuția traficului și indicațiile de intensitate a semnalului recepționat (RSSI). Schemele DCA sunt sugerate pentru sistemele celulare bazate pe TDMA / FDMA , cum ar fi GSM , dar în prezent nu sunt utilizate în niciun produs. Sistemele OFDMA , cum ar fi legătura descendentă a sistemelor celulare 4G , pot fi considerate ca efectuând DCA pentru fiecare sub-purtător individual, precum și pentru fiecare interval de timp.
DCA poate fi clasificat în continuare în centralizat și distribuit . Unele dintre schemele DCA centralizate sunt:
- Primul disponibil (FA): primul canal disponibil care îndeplinește cerința distanței de reutilizare este atribuit apelului
- Alocare dinamică optimizată local (LODA): funcția de cost se bazează pe probabilitatea de blocare viitoare în celulele vecine
- Selecție cu utilizare maximă pe inelul de reutilizare (RING): este selectat un canal candidat care este utilizat în cele mai multe celule din setul de co-canal
DCA și DFS elimină activitatea obositoare de planificare manuală a frecvenței. DCA gestionează, de asemenea , traficul de celule sparte și utilizează resursele radio celulare mai eficient. DCA permite ca numărul de canale dintr-o celulă să varieze cu încărcătura de trafic, crescând astfel capacitatea canalelor cu costuri reduse.
Răspândiți spectrul
Spectrul răspândit poate fi considerat o alternativă la algoritmii DCA complexi. Spectrul răspândit evită interferența cocanalului între celulele adiacente, deoarece probabilitatea ca utilizatorii din celulele din apropiere să utilizeze același cod de răspândire este nesemnificativă. Astfel, problema de alocare a canalelor de frecvență este relaxată în rețelele celulare bazate pe o combinație de spectru răspândit și FDMA, de exemplu sistemele IS95 și 3G . Răspândirea spectrului facilitează, de asemenea, că stațiile de bază controlate central împrumută dinamic resurse unele de la altele în funcție de încărcătura de trafic, pur și simplu prin creșterea numărului maxim permis de utilizatori simultani într-o singură celulă (nivelul maxim de interferență permis de la utilizatorii din celulă) și scăderea o într-o celulă adiacentă. Utilizatorii care se suprapun între zona de acoperire a stației de bază pot fi transferați între celule (numite respirație de celule) sau traficul poate fi reglementat prin controlul admiterii și configurarea traficului.
Cu toate acestea, spectrul răspândit oferă o eficiență spectrală mai mică decât tehnicile spectrului non-răspândit, dacă alocarea canalului în acest din urmă caz este optimizată printr-o bună schemă DCA. În special modulația OFDM este o alternativă interesantă pentru a răspândi spectrul datorită capacității sale de a combate propagarea multipath pentru canalele de bandă largă fără egalizare complexă. OFDM poate fi extins cu OFDMA pentru acces multiplu în legătură în sus între utilizatorii din aceeași celulă. Pentru a evita interferențele inter-celulare, FDMA cu DCA sau DFS este din nou de interes. Un exemplu al acestui concept este standardul IEEE 802.11h menționat mai sus . OFDM și OFDMA cu DCA sunt deseori studiate ca alternativă pentru sistemele fără fir 4G .
DCA pe bază de pachet
În serviciile de comunicații de date bazate pe pachete, comunicația este explozivă și încărcarea traficului se schimbă rapid. Pentru o eficiență ridicată a spectrului de sistem , DCA trebuie efectuat pe bază de pachet cu pachet. Exemple de algoritmi pentru pachet cu pachet DCA sunt Dynamic Packet Assignment (DPA), Dynamic Single Frequency Networks (DSFN) și Packet and resource plan scheduling (PARPS).
