Сборник докладов республиканской научно-технической конференции значение информационно-коммуникационных

 
СВЕРХПЛОТНЫЕ СЕТИ – КАК ОДНО ИЗ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ 
ПОКОЛЕНИЯ 5G 
Д.А.Давронбеков (профессор, ТУИТ им. Мухаммада аль-Хоразмий) 
О.Ш.Пулатов (студент, ТУИТ им. Мухаммада аль-Хоразмий) 
Э.В. Ни (ст. преподаватель, ТУИТ им. Мухаммада аль-Хоразмий)
Экспоненциальный рост и доступность данных во всех формах - 
главный стимул для продолжающейся эволюции в отрасли связи. Благодаря 
развитию мобильного Интернета и смартфонов трафик данных в современ-
ных системах мобильной связи растет экспоненциально. Популяризация 
приложений с интенсивным трафиком, включая видео высокой четкости, 
трехмерную визуализацию, дополненную реальность, носимые устройства и 
облачные вычисления, определяет новую эру мобильной связи. Огромный 
объем трафика, генерируемый сегодняшними клиентами, требует смены 
парадигмы во всех аспектах мобильных сетей. Первоначальные оценки 
показывают, что в отличие от эволюционного пути предыдущих поколений 

---

87 
сотовой связи, который основывался на улучшении спектральной эффек-
тивности; наиболее существенный прирост производительности системы в 
будущем будет получен за счет уплотнения сетевой инфраструктуры.
Сверхплотная сеть (UDN) - это многообещающий метод, отвечающий 
требованиям стремительного потока данных в мобильной связи 5G. В UDN 
узлы доступа и/или количество каналов связи на единицу площади уплот-
няются. Более того, при наложении поверх макросот маломощные соты 
(такие как фемтосоты и пикосоты) могут улучшить покрытие и пропускную 
способность сотовых сетей, используя пространственное повторное 
использование спектра. Плотные небольшие соты также могут разгружать 
беспроводной трафик данных от макроячейки, особенно в помещениях, где 
происходит более 80% трафика данных. 
Вообще говоря, повышение пропускной способности может быть 
реализовано тремя способами, а именно: повышение эффективности 
использования спектра, расширение полосы пропускания и уплотнение 
ячеек. Среди них уплотнение ячеек было доминирующим фактором 
повышения пропускной способности в предыдущих поколениях систем 
мобильной связи. Например, редко развёртываемые малые ячейки в зоне 
охвата макросоты LTE могут формировать многоуровневую гетерогенную 
сеть (HetNet) для повышения пропускной способности. Принимая концепцию 
малой соты на шаг вперёд, 5G UDN развёртывает точку передачи с малой 
потребляемой мощностью (точка передачи) с чрезвычайно высокой 
плотностью, в результате чего межсайтовое расстояние (ISD) составляет 
всего десять или несколько метров. 
Однако взаимосвязь между плотностью ячеек и пропускной способ-
ностью системы не пропорциональна, поскольку уплотнение создает ряд 
проблем, включая помехи, мобильность, транзитные соединения и потреб-
ление энергии. При более плотных точках передачи покрытие соседних точек 
передачи с большей вероятностью может перекрываться, что приводит к 
значительным межсотовым помехам и ухудшению SINR на границах сот. 
Мобильные пользователи могут испытывать частые хэндоверы из-за 
меньшего покрытия соты, что приводит к высоким издержкам передачи 
сигналов и резким колебаниям скорости передачи данных. Поскольку 
развёрнуто большое количество небольших ячеек, стратегия развёртывания и 
обеспечение транзитного соединения должны быть гибкими и экономически 
эффективными, чтобы сделать UDN экономически жизнеспособным. Потреб-
ление энергии также является важным фактором в условиях глобального 
потепления и стремительного роста расходов на электроэнергию. 
Фактически, такие проблемы, как мобильность и помехи, являются 
классическими проблемами систем мобильной связи, и в LTE предлагается 
несколько решений, таких как двойное подключение, улучшенная координа-
ция межсотовых помех (eICIC)[4]. Проблемы мобильности и помех станоаят- 
ся более существенными и сложными в 5G UDN с более высокой плотностью 
точкой передачи. Например, проводное транзитное соединение (обычно 

---

88 
оптоволокно) часто используется для обеспечения соединений между eNB и 
MME и связи между eNB в LTE. В UDN стоимость обеспечения проводного 
транзитного соединения для каждого точки передачи чрезмерно высока, и 
некоторые точки передачи могут находиться в местах, недоступных для 
проводного транзита. Поэтому существующих решений в LTE может быть 
недостаточно для UDN, и для полного использования преимуществ уплот-
нения необходима группа новых технологий. 
В идеальном случае ёмкость должна масштабироваться линейно с 
плотностью точек передачи. Но проблемы, включая помехи и мобильность, 
могут серьезно затруднить усиление уплотнения. Кроме того, практические 
аспекты, связанные с развертыванием и обслуживанием, такие как транзит-
ные перевозки и обеспечение энергией, также важны для осуществимости 
UDN. 
С более плотными сотами условие помех в UDN еще сложнее,чем в LTE 
HetNet. Когда ISD становится меньше, большее количество соседних ячеек 
может вызывать значительные помехи. Замечено, что в UDN одна ячейка 
обычно имеет два или более доминирующих источников помех, в то время 
как для макросети наблюдается только один доминирующий источник помех. 
Это означает, что требуется координация с большим количеством ячеек, 
участвующих в сети. Значительное снижение эффективности использования 
спектра предполагает, что в UDN необходимы инновационные схемы 
координации помех.
Мобильность обычно обрабатывается передачей обслуживания в 
системах мобильной связи. Первоначально разработанный для макросот с 
большим охватом в LTE, передача обслуживания не ожидается очень часто. 
Таким образом, принята сложная процедура с огромными накладными расхо-
дами сигнализации. Кроме того, механизм жесткого хэндовера означает, что 
соединение с исходной ячейкой освобождается перед подключением к целе-
вой ячейке. Нарушение передачи может инициировать процесс управления 
перегрузкой TCP, что приводит к колебаниям скорости передачи данных. 
Ожидается, что с небольшим охватом ячеек UDN передача обслужива-
ния будет происходить гораздо чаще. Очевидно, что для решения проблемы 
мобильности необходимо элегантное решение, чтобы пользовательский опыт 
был более согласованным. В идеальном случае новое решение должно быть 
прозрачным для UE, чтобы минимизировать издержки на сигнализацию и 
колебания скорости. 
Основываясь на этих проблемах и технологиях, предполагается,что UDN 
может потребовать фундаментального изменения парадигм проектирования 
систем мобильной связи. То есть, переходя от традиционного сотовоориенти-
рованного дизайна на основе «главный-подчиненный» к ориентированному 
на пользователя, одноранговому дизайну. Дизайн UDN - все еще открытый 
вопрос со многими нерешенными проблемами и непрерывными усилиями, 
которые все еще необходимы. UDN должен быть важным фактором при 
принятии важных проектных решений 5G. Различия в плотности и мощности 

---

89 
передачи UE и соты уменьшаются в UDN.С развитием микропроцессоровUE,
вероятно, будет иметь такие же возможности обработки, что и ячейки в 
будущем. Поэтому границы между сотой и UE, нисходящей линией связи и 
восходящей линией связи начинают исчезать с уплотнением ячеек. Одноран-
говый дизайн означает принятие одинакового дизайна для нисходящей линии 
связи и восходящей линии связи, UE и соты. Преимущества одноранговой 
конструкции включают в себя низкую стоимость, так как та же конструкция 
используется повторно, и гибкая сеть, поскольку роль узла может быть 
настроена динамически. 
Столкнувшись с вышеупомянутыми проблемами, академические круги и 
промышленность выделяют много ресурсов для разработки эффективных 
решений.