9403

9403

تحليل كيفيت سرويس روي شبكه هاي WIMAX و LTE

درجه كارشناسي ارشد

مهندسي فناوري اطلاعات و ارتباطات گرايش مخابرات امن

آبان ماه 1390

آبان ماه 1390

دكتر بيژن راحمي

چكيده تكنولوژي ارتباط سيار در طول سالهاي اخير بدليل افزايش تقاضاي دسترسي به سرويس اينترنت بر روي تلفن هاي همراه با سرويس هايي با كيفيت سرويس بهتر به سرعت رشد كرده است. جهت ارضاي اين نياز، صنعت مخابرات بي سيم رابط فضايي جديدي براي مخابرات بي سيم تعريف كرده است. در اين ميان ارائه كيفيت سرويس چالشي بزرگ در شبكه هاي بي سيم نسل هاي بعد به حساب مي آيد. بدين منظور، دو تكنولوژي Wimax و 3GPP LTE به منظور ارائه صوت، ديتا و تصوير و سرويس هاي چند رسانه اي روي تلفن هاي همراه در سرعت بالا و نرخ هاي ارزان پا به عرصه ظهور گذاشته اند. در اين تحقيق، سعي شده است مقايسه دقيقي بين دو تكنولوژي Wimax و LTE با تمركز بر روي دو لايه فيزيكي و MAC انجام شود. مقايسه بر روي معماري سيستم، جنبه هاي راديويي رابط فضايي (مانند باند فركانسي، حالت هاي دسترسي راديويي، تكنولوژيهاي دسترسي چندگانه، تكنولوژيهاي آنتن چندگانه و تلفيق)، جنبه هاي پروتكلي رابط فضايي (به صورت معماري، تلفيق و ساختار چهارچوب)و كيفيت سرويس انجام شده است. همچنين شرح كاملي از دو تكنولوژي در اين تحقيق بيان شده است. از مقايسه خصوصيات دو تكنولوژي دريافتيم كه هر دو تكنولوژي از معماري شبكه مبتني بر IP استفاده مي كنند. همچنين تكنولوژي دسترسي در هر دو تكنولوژي در مسير فروسو، OFDMA است در حاليكه در مسير فراسو براي Wimax، OFDMA و براي LTE ، SC-FDMA است. هر دو از حالت دسترسي راديويي TDD و FDD استفاده مي كنند كه البته در Wimax تمركز بر روي TDD و در LTE تمركز بر روي FDD است. LTE از فضاي زير حامل ثابت KHz15 و Wimax از فضاي زير حامل متغير KHz20-7 استفاده مي كند (در Wimax سيار معمولاً از فضاي زير حامل KHz10 استفاده مي شود). حداكثر نرخ داده در Wimax در مسير فروسو Mbps75 و در مسير فراسو Mbps25 است در حاليكه در LTE در مسير فروسو Mbps 326.4-100 و در مسير فراسو Mbps 86.4-50 است. هر دو از طرح آنتن MIMO و تلفيق QPSK، 16QAM و 64QAM و البته با نرخ هاي كدگذاري مختلف استفاده مي كنند. سرعت حركت پذيري در Wimax برابر Km/h100 و در LTE برابر Km/h350 است. در اين تحقيق با استفاده از مدل رياضي موجود براي تخمين QoS سيستم بي سيم بر اساس پارامترهاي كيفيت سرويس مانند تأخير و BER، تكنولوژيهاي Wimax و LTE را در فروسو به صورت عددي شبيه سازي كرديم. شبيه سازي عددي QoS از دو مرحله تشكيل شده است. در مرحله اول لايه فيزيكي را با استفاده از مدل ماركوف حالت متناهي (FSMC) براي يافتن نرخ خطاي بيت (BER) مدل كرديم. بنابراين، تكنولوژي Wimax از 11 حالت و تكنولوژي LTE از 13 حالت در FSMC تشكيل شد. در مرحله دوم لايه پيوند داده را با استفاده از مدل پهناي باند مؤثر براي ترافيك داده با نرخ ثابت و ترافيك داده با نرخ متغير شبيه سازي كرديم. در حالت ترافيك داده با نرخ متغير از ترافيك AR استفاده كرده ايم. با شبيه سازي دو تكنولوژي توانستيم آنها را از لحاظ كيفيت سرويس بررسي كرده و به نتايج جديدي دست يابيم. دريافتيم كه LTE در ميانگين سيگنال به نويز هاي پايين نرخ خطاي كمتري نسبت به Wimax دارد و با افزايش ميانگين سيگنال به نويز اين اختلاف بين نرخ خطاهاي دو تكنولوژي كمتر شده و در ميانگين سيگنال به نويز هاي بالا Wimax نرخ خطاي پايين تري را ارائه مي كند. با اعمال روش پهناي باند مؤثر روي دو تكنولوژي متوجه شديم كه در پهناي باندهاي پايين مؤلفه كانال هر دو تكنولوژي تقريباً با هم برابر است ولي با افزايش پهناي باند مؤلفه كانال براي كاربر با ميانگين سيگنال به نويز پايين در Wimax بيشتر از LTE مي شود و در اين حالت با افزايش ميانگين سيگنال به نويز كاربر، مؤلفه كانال براي هر دو تكنولوژي تقريباً معادل مي شود. همچنين عامل كيفيت سرويس تأخير در پهناي باند پايين براي هر دو تكنولوژي تقريباً يكسان است ولي با افزايش پهناي باند براي كاربر با ميانگين سيگنال به نويز پايين عامل كيفيت سرويس تأخير در Wimax بيشتر از LTE است. اين تفاوت بين عامل كيفيت سرويس تأخير با افزايش ميانگين سيگنال به نويز كاربر كمتر مي شود. بنابراين هر چه ميانگين سيگنال به نويز كاربر كمتر باشد Wimax كيفيت سرويس بهتري را ارائه مي كند و با افزايش ميانگين سيگنال به نويز، كيفيت سرويس ارائه شده در هر دو تكنولوژي تقريباً با هم برابر مي شود. واژه هاي كليدي: تكنولوژي Wimax، تكنولوژي LTE، كيفيت سرويس، مدل رياضي، مدل ماركوف حالت متناهي، مدل پهناي باند مؤثر، ظرفيت مؤثر، ترافيك داده با نرخ ثابت، ترافيك داده با نرخ متغير، ترافيك AR، لايه فيزيكي، لايه MAC، مقايسه تكنولوژي Wimax و LTE