اسرار Overhead در لایه فیزیکی LTE

مارکوپولو پس از سفر در اعماق MIMO و کانال‌های فیزیکی، حالا با یک چالش جدید روبه‌روست Overhead یا سهم سیگنالینگ و کنترل از ظرفیت کل شبکه. استاد مهندس شبکه لبخندی زد و گفت: این بخش به تو نشان می‌دهد از ۱۰۰٪ پهنای باند چه درصدی صرف ارسال دیتا می‌شود و چه مقدار به سیگنال‌های کنترل اختصاص دارد. راز کارآمدی LTE همین تعادل دقیق است!

جریان ابعاد دهی و ویژگی‌های عمومی Overhead

در اولین قدم، استاد به مارکو نقشه‌ی کلی فرایند Dimensioning یا ابعاددهی شبکه را نشان داد:

مرحله ۱: محاسبه‌ی Signaling Overhead در Downlink و Uplink
مرحله ۲: تخمین Throughput بر پایه SINR، پروفایل fading و پیکربندی آنتن
مرحله ۳: لینک‌‌باجت و تبدیل به Path Loss مجاز برای پوشش‌دهی مطلوب

سپس توضیح داد که Overhead می‌تواند:

مستقل از پهنای باند باشد مانند Reference Signals که روی همه باند پهنای باند ثابت اشغال می‌کنند.
یا وابسته به پهنای باند باشد مثل PSS/SSS و PBCH که تعداد سمبل و زیرفرکانس ثابتی اشغال می‌کنند.

DL Signaling Overhead

استاد قلم به دست گرفت و نمودار یک زیرفریم DL را رسم کرد:

اولین سمبل‌ها متعلق به PDCCH و PCFICH و PHICH هستند تا دستورهای برنامه‌ریزی را منتقل کنند.
پس از آن، Reference Signals سراغ داده‌های PDSCH می‌آیند.
در هر فریم، PSS + SSS (همگام‌سازی اولیه) و PBCH (اطلاعات پایه) در نمادهای مشخصی پخش می‌شوند.

مارکو یادداشت کرد:

PDCCH تا ۴ سمبل اول را می‌گیرد حدود 7–29٪ ظرفیت بسته به CFI
Cell-specific RS حدود 7–9.5٪
PSS/SSS و PBCH هر کدام تقریبا 0.3–0.4٪ پهنای باند را اشغال می‌کنند

UL Signaling Overhead

حالا نوبت به سمت کاربران رسید:

PRACH فرصت‌های دسترسی تصادفی؛ هر occasion شش بلوک منبع (RB) را اشغال می‌کند (حدود 0.6–1.2٪ بسته به پهنای باند)
PUCCH کانال کنترل بالا‌دست برای ACK/NACK و CQI و Scheduling Request
SRS سیگنال مرجع بالا‌دست که در پایان بعضی زیرفریم‌ها فرستاده می‌شود (حدود 0.8–2٪ بسته به دوره ارسال)

مارکو متوجه شد که ترکیب این اجزا در بالادست، معمولا حدود 10–15٪ منابع را اشغال می‌کند.

زمان‌بندی PDCCH و PDSCH و تاثیر بر ظرفیت

استاد توضیح داد:

هر زیرفریم DL به دو حوزه زمانی تقسیم می‌شود: حوزه PDCCH و حوزه PDSCH.
پارامتر CFI تعداد سمبل‌های PDCCH را تعیین می‌کند (۱ تا ۴) و مستقیما از ظرفیت PDSCH کم می‌کند (7.1–8.3٪ به ازای هر سمبل).
اگر EPDCCH فعال باشد، مجددا بخشی از نمادها و زیرفرکانس‌ها برای آن رزرو می‌شوند.

مارکو با اعداد بازی کرد و دید که حتی یک تغییر کوچک در CFI، می‌تواند چند صد کیلوبیت بر ثانیه Throughput را جا‌به‌جا کند.

نتیجه نهایی و تخصیص منابع

در پایان، استاد آخرین تکه پازل را نشان داد:

ابتدا هدف استفاده عملی مثلا 80٪ از RBها در نظر گرفته می‌شود تا تداخل سلولی کنترل شود.
سپس کل Overhead محاسبه و از این 80٪ کم می‌شود.
حاصل، تعداد RBهای واقعی برای PDSCH و PUSCH است که به کاربران اختصاص می‌یابد.

مارکو با افتخار گفت: حالا می‌دانم چرا در یک سلول 10 مگاهرتز تنها 30–35 RB برای کاربران باقی می‌ماند، نه 50!

پیمان هوشمند

سلام امیدوارم حال همگی شما خوب باشه.من پیمان هوشمند هستم. مدرس برنامه نویسی و نرم افزارهای تحلیلی در حوزه مخابرات. خود من همیشه به عنوان یه دانش آموزش و دانش پژوه عاشق برنامه نویسی و کارهای آماری بودم و نقطه قوتم حتی در زمان تحصیل خودم هم مباحث برنامه نویسی بخصوص طراحی الگوریتم بوده. بنابراین این درس را خیلی مفهومی و عمیق یاد گرفتم. تفاوت عمیق من با دانشجویان در زمان تحصیلم این بود که در حوزه ای که تحصیل میکردم مشغول به کار بودم و این دلیل بر عمیق تر شدن در حوزه نرم افزار و مخابرات بود و از دانشگاه برای فهم بیشتر مبانی های کارم استفاده کردم. تا به امروز در اکثر سازمانهایی که کار کرده ام در کنار سمت اصلیم ، به عنوان سوپروایزر آموزشی هم فعالیت میکردم و متخصصینی در این حوزه آموزش داده ام و در بازار کار مشغول به کار هستند و در مدتی که کرونا باعث تعطیلی بسیاری از مراکز آموزش بود ، به صورت رایگان در خدمت دانشجویان نرم افزار از دانشگاه های مختلف بودم. همیشه در روش های آموزشیم بدنبال ابتکار و نوآوری هایی از قبیل گیمیفیکیشن و تکنیک های شناختی به جهت بهبود یادگیری بوده ام.