- برای تحرک پایین تا ۱۵ کیلومتر بر ساعت بهینه شده است

- برای سرعت­های تا ۱۲۰ کیلومتر بر ساعت عملکرد بالایی دارد

تحرک

از ۴/۱مگاهرتز تا ۲۰ مگاهرتز

پهنای باند قابل مقیاس

- ضمانت برای کیفیت سرویس انتها به انتها افزایش یافته است

مدیریت منابع رادیویی

در واقع نرخ داده بالا در LTE با پوشش خوب و قابلیت تحرک پذیری همراه می­باشد. در شبکه LTE نه تنها نرخ ارسال و دریافت داده برای کاربران عادی افزایش پیدا کرده، بلکه برای کاربرانی که در لبه­ی سلول قرار دارند نیز این افزایش مشاهده می­ شود. منظور از تحرک­پذیری برقراری ارتباط برای موبایل در حال حرکت است که در استاندارد تا سرعت km/h350 و حتی با کمی افت کیفیت، تا سرعت km/h 500 قابلیت برقراری ارتباط وجود دارد. استاندارد LTE در مقایسه با استانداردهای دیگر این ویژگی را دارد که رنج وسیعی از پهنای باندهای فرکانسی را پوشش می­دهد.
چالش­های موجود و اهداف پایان نامه
سیستم OFDMA از تقسیم محور زمانی و زیرحامل­ها در حوزه­ فرکانس ایجاد می­گردد. در نتیجه این تقسیم روی محور زمان و فرکانس، بخش­هایی به نام بلوک تشکیل می­گردد. در واقع بلوک کوچکترین واحد
تشکیل­دهنده سیستم OFDMA می­باشد. با توجه به اینکه در لایه­ی فیزیکی شبکه ­های LTE از OFDMA استفاده می­ شود. باید به طریقی بلوک­های این سیستم بین کاربران تقسیم شود تا دو هدف مهم یعنی تامین کیفیت سرویس کاربران و افزایش نرخ ارسال شبکه برآورده شود. نحوه­ تخصیص بلوک و زمان­بندی در شبکه ­های LTE به این صورت است که در هر یک میلی­ثانیه مطابق با الگوریتم زمان­بندی یک و یا چندین کاربر انتخاب شده و به یکی از دو روش چندگانگی چندکاربره^[۱۳] که برای کاربرانی مناسب است که در طول این یک میلی­ثانیه همبستگی کانالشان حفظ می­گردد و بلوک را در به صورت پیوسته به کاربر تخصیص می­دهد و روش چندگانگی فرکانسی^[۱۴] که برای کاربرانی مناسب است که در این مدت یک میلی­ثانیه همبستگی کانالشان تغییر می­ کند و بلوک را به صورت توزیع­یافته به کاربران تخصیص می­دهد، بلوک دریافت می­ کنند. برای تخصیص بلوک همانطور که بیان خواهد گردید دو روش MUD و FD وجود دارد. با توجه به این­که شرایط کانال کاربران با سرعت تغییر می­ کند ولی در الگوریتم­های
زمان­بندی موجود بدون توجه به سرعت حرکت کاربران تخصیص بلوک فقط به روش MUD صورت گرفته است. ولی در این پایان نامه کاربرانی که سرعت بالای ۱۳۵کیلومتر بر ثانیه دارند (مانند قطار سریع­السیر) و در مدت یک میلی­ثانیه شرایط کانال یکسانی ندارند نیز مورد بررسی قرار گرفته­اند. تفاوت الگوریتم پیشنهادی با دیگر الگوریتم­ها در روش تخصیص بلوک می­باشد و این امر با ارائه فریم جدید مهیا شده است. لازم به ذکر است که این عمل باعث افزایش نرخ ارسال شبکه شده است.
دو هدف مهم این پایان نامه
استفاده از مزایای لایه­ی فیزیکی و زیر لایه­ی MAC: در این پایان نامه الگوریتمی ارائه می­ شود که کاربرانی که در مدت زمان یک میلی­ثانیه دارای کانال همبسته­ای نیستند، به نحوی بلوک دریافت می­ کنند که نرخ ارسال شبکه برای این گروه از کاربران نسبت به الگوریتم­های دیگر بیشتر است. نتایج شبیه­سازی در فصل چهارم دلیلی بر این ادعا است.
تامین کیفیت سرویس کاربران: تامین کیفیت سرویس کاربران نیز بوسیله­ی الگوریتم زمان­بندی ارائه شده صورت می­گیرد. در همین راستا پارامترهای کیفیت سرویس نظیر تاخیر شبکه و نرخ از دست رفتن بسته نسبت به الگوریتم­های دیگر بهبود می­یابد.
ساختار پایان نامه
با توجه به مطالب فوق ساختار پایان نامه باید به گونه باشد که مطالب بیان شده را پوشش دهد. همچنین باید مطالب دیگری ابتدا برای فهم بیشتر بیان گردد. در همین راستا ساختار پایان نامه به این­گونه است که در فصل دوم ساختار شبکه­ LTE، لایه­ی فیزیکی، روش­های تخصیص بلوک منبع به کاربر، کیفیت سرویس و ترافیک­های مورد استفاده در شبیه­سازی بیان شده ­اند. در فصل سوم زمان­بندی در شبکه ­های LTE و انواع استراتژی­ها و نمونه­هایی از الگوریتم­های زمان­بندی موجود در هر استراتژی بیان شده ­اند و در بخش آخر این فصل نیز الگوریتم­هایی که با الگوریتم پیشنهادی مقایسه شده ­اند به صورت مفصل بیان شده ­اند. در فصل چهارم الگوریتم پیشنهادی بیان شده و در بخش آخر این فصل نیز نتایج شبیه­سازی آورده شده است. در نهایت نیز در فصل پایانی این پایان نامه نتیجه ­گیری و پیشنهادهایی برای ادامه­ کار بیان شده­است.
فصل دوم
: معرفی LTE
مقدمه
از عوامل مهم در شبکه می­توان به، ساختار شبکه و اجزای به­کار رفته در شبکه و عملکرد این اجزا اشاره کرد. به همین علت آگاهی از ساختار شبکه و نحوه­ عملکرد اجزای شبکه از اهمیت زیادی برخوردار است. در همین راستا در این فصل ساختار شبکه و اجزای آن و عملکردشان بیان خواهد شد. برای بیان این موضوعات ساختار فصل به این صورت شکل می­گیرد که در بخش ۲-۲ بررسی کلی ساختار شبکه LTE، در بخش ۲-۳ ساختار فریم، در بخش ۲-۴ لایه­ی فیزیکی، در بخش ۲-۵ کیفیت سرویس در شبکه ­های LTE و در نهایت در بخش ۲-۶ مدل ترافیکی مورد استفاده در شبیه­سازی بیان خواهد شد.
بررسی کلی ساختار شبکه LTE
شکل ۲-۱ مدل مرجع شبکه­ LTE که را نشان می­دهد. معماری شبکه دارای دو قسمت به نام­های دسترسی شبکه و هسته­ی شبکه می­باشد. قسمت دسترسی شبکه E-UTRAN ^[۱۵]و قسمت هسته­ی شبکه، EPC^[16] نامیده می­ شود. E-UTRAN تنها از یک گره یعنی ایستگاه مبنا تشکیل شده است و کاربران که در اطراف ایستگاه مبنا در حرکتند. ساختار EPC تماما IP بوده و به صورت سوییچ بسته­ای عمل می­ کند. ساختار مبتنی بر IP بدین معناست که انتقال ترافیک از کاربر به مقصد مورد نظر بوسیله­ی پروتکل IP انجام می­ شود. EPC برای ضمانت دسترسی به
شبکه ­های non-3GPP طراحی شده است. نکته­ی مهم این می­باشد که EPCو E-UTRAN با یکدیگر EPS یعنی ساختار کلی شبکه را تشکیل می­ دهند. به صورت کلی هر دو بخش E-UTRAN و EPC عملکردهای زیادی نظیر موارد زیر را دارا می­باشند:
عملکردهای کنترل دسترسی شبکه
عملکردهای انتقال و مسیریابی بسته
عملکردهای مدیریت تحرک
عملکردهای امنیت
عملکردهای مدیریت منابع رادیویی
عملکردهای مدیریت شبکه
شکل ‏۲‑۱ ساختار شبکه­ LTE ]3[
بخش هسته شبکه
همانطور که از شکل ۲-۱ مشخص است، بخش هسته­ی شبکه از قسمت­ های( PDN-GW، S-GW ^[۱۷]، MME ، HSS ، PCRF ) تشکیل شده است]۴[.
وظایف واحد­های بیان شده به این صورت است که، واحد PCRF وظیفه­ی کنترل مدیریت کیفیت سرویس و ایجاد سیاست های مربوط به کیفیت سرویس را دارا است.
واحد HSS وظیفه­ی ذخیره­سازی اطلاعات کاربران نظیر شناسه­ی کاربران و اطلاعات ثبت کاربران را برعهده دارد. واحد MME وظیفه­ی برقراری ارتباط با HSS به منظور تایید هویت کاربر و بارگزاری پروفایل کاربر و کنترل تمامی عملیات مربوط به ذات متحرک بودن کاربر را بر عهده دارد. واحد S-GW ، تمام داده ­های کاربر از این واحد عبور می­ کنند و این واحد موظف است بسته­های ارسالی کاربر را مسیریابی کند همچنین وظیفه­ی برقراری ارتباط با دیگر شبکه­ ها که براساس استاندارد ۳GPP نیستند را نیز بر عهده دارد. واحد PDN-GW وظیفه­ی تخصیص آدرس IP به کاربران و ارتباط با شبکه ­های دیگر که بر اساس استاندارد ۳GPP را بر عهده دارد]۴[.
بخش E-UTRAN
E-UTRAN یک واسط هوایی دسترسی رادیویی است که نرخ بالای داده و تاخیرکم را فراهم می ­آورد. این واسط از دسترسی رادیویی OFDMA در جهت فروسو و از دسترسی فرکانسی تک حاملی عمود بر هم^[۱۸] در جهت فراسو استفاده می­ کند. ساختار E-UTRAN در LTE شامل یک گره به نام eNodeB یا بطور اختصار eNB و کاربران است. همچنین در این ساختار دو واسط و به ترتیب برای ارتباط بین eNB با واحد MME و ارتباط eNBها با یکدیگر مورد استفاده قرار می­گیرد. هدف اصلی این ساده­سازی، کاهش افزونگی همه عملکردهای واسط رادیویی است. درواقع این ایستگاه­ها همان ایستگاه مبنا^[۱۹]در شبکه­ WiMAX هستند که مستقیما با کاربران درون سلول مربوطه در ارتباط هستند. از وظایف ایستگاه مبنا می­توان به مدیریت منابع رادیویی و برقراری لینک رادیویی بین شبکه و کاربر و تخصیص منابع رادیویی به کاربر اشاره کرد. همانطور که در شکل ۲-۲ مشاهده می­ شود، در بخش دسترسی شبکه هیچ مرکز کنترل کننده ­ای وجود ندارد، چون برخی از وظایف کنترلی به ایستگاه­های مرکزی واگذار شده است. بنابراین برای کنترل سلول­ها به دسترسی به سطوح بالاتر نیازی نیست. به همین دلیل گفته می­ شود که ساختار E-UTRAN مسطح است.
شکل ۲-۲ ساختار این بخش و اجزایش را نشان می­دهد:
شکل ‏۲‑۲ ساختار E-UTRAN ]5[
ساختار فریم
در استاندارد ۳GPP برای شبکه ­های LTE دو نوع ساختار فریم به ترتیب FDD^[20] و TDD ^[۲۱] تعریف می­ شود.
FDD
در این ساختار فریم ارسال در دو طیف فرکانسی مجزا در فراسو و فروسو انجام می­ شود و علی رغم نوع دسترسی متفاوت در فراسو و فروسو، این دو بخش ساختار فریم مشابهی دارند. ساختار فریم در شکل۲-۳ قابل مشاهده است]۶[:
شکل‏۲‑۳ ساختار فریم در حالت FDD
با توجه به شکل ۲-۳، فریم در حالت FDD از ۱۰ زیرفریم تشکیل شده است که هر زیر فریم نیز دارای دو شکاف زمانی^[۲۲] است. در LTE هر شکاف زمانی بلوک منبع نامیده می­ شود. با توجه به شکل مقدار که یک عامل زمانی بوده، برابر با (۱۵۰۰۰×۲۰۴۸)/۱ است. مقادیر ۲۰۴۸ و ۱۵۰۰۰ نیز به ترتیب برابر با بیشترین اندازه FFT و حداکثر فاصله­ی بین زیرحامل­ها در این استاندارد هستند. طول فریم نیز در این استاندارد برای هر دو جهت فروسو و فراسو برابر با ×۳۰۷۲۰۰ معادل با ۱۰ میلی­ثانیه است. با توجه به این­که یک فریم از ۱۰ زیر فریم تشکیل شده است، هر زیر فریم طولی برابر با ۱ میلی­ثانیه خواهد داشت. از آن­جا که هر زیر فریم متشکل از دو بلوک منبع است، طول هر بلوک منبع برابر با ۵/۰ میلی­ثانیه خواهد بود.
TDD