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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
While mobile communication users demand new high speed services with enhanced quality,
there will always be a need to optimize cellular networks. This work explores the behavior of
indoor and outdoor small cells while reducing the cell size to increase system capacity in both
links. After justifying evolution of the use of small cells, the concepts of ultra-dense networks
and heterogeneous networks toward 5G are then presented.
In the initial part of this work, we have chosen a 3GPP 5x5 grid geometry for indoor scenarios.
The average signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) has been studied for reuse
pattern two and two types of deployment topologies, one with 25 HeNBs and another with
4 HeNBs. We have also addressed the exponential effective SINR mapping (EESM) by extending
the study for topologies with 5 and 6 HeNBs.
Based on an improved version of LTE-Sim, network performance has been evaluated in terms
of the goodput, packet loss ratio (PLR), delay, and the maximum number of supported users.
We have evaluated the performance by considering 4, 5, 6 and 25 HeNBs. Results complied
with the 3GPP recommendations for PLR and delay. One observed that system capacity is
higher for topologies with 25 HeNBs, followed by topologies with 6 HeNBs and 4 HeNBS,
and then the indoor deployments with 5 HeNBs.
Different packet schedulers have been considered. Results have shown that, with the considered
applications and schedulers, it is possible to reduce the transmitter power of HeNBs
without compromising the small cell network performance.
In the final part of the work an urban micro line-of-sight cell scenario has been studied by
comparing the 2.6 GHz, 3.5 GHz, and 5.62 GHz frequency bands while considering the ITU-R
M.2135-1 dual slope path loss model (DS-PLM) in the system level simulations. Results have
been obtained for different values of the cell radius. System capacity has been determined
by considering the 3GPP quality target of 2% for video applications. For all schedulers and
frequency bands, for cell radius shorter than the breakpoint distance, the PLR increases when
the cell radius decreases. [...]
A disponibilização de serviços de ritmo de transmissão elevado, com qualidade melhorada, motiva a necessidade de optimização das redes celulares. Este trabalho explora o comportamento de pequenas células em ambientes de interior e exterior. A redução da área de cobertura das células permite aumentar a capacidade de sistema em ambos os sentidos de ligação. A justificação da utilização de células com pequenas áreas de cobertura, é seguida da apresentação do conceito de redes ultra-densas e heterogéneas, um passo rumo à 5G. Na parte inicial deste trabalho, foi escolhida uma grelha de 5x5 apartamentos para o cenário de interiores definido pelo 3GPP. Estudou-se a relação sinal-interferência-mais-ruído (SINR) média para topologias com padrão de reutilização dois, uma com 25 HeNBs e outra com 4 HeNBs. Também se estudou o mapeamento exponencial efectivo da SINR (EESM), estendendo- o para topologias com 5 e 6 HeNBs. Com base numa versão melhorada do LTE-SIM, avaliou-se o débito binário, taxa de perda de pacotes (PLR), atraso e o número de utilizadores suportados. O desempenho foi avaliado considerando 4, 5, 6 e 25 HeNBs. Os resultados obtidos cumprem as recomendações do 3GPP para a PLR e o atraso. Observou-se que valores mais elevados da capacidade de sistema são obtidos para a topologia com 25 HeNBs, seguida pelas topologias com 6, 4 e 5 HeNBs. Consideraram-se várias abordagens para a calendarização de pacotes. Os resultados mostram que, para os escalonadores de pacotes considerados, é possível reduzir a potência de emissão dos HeNBs sem comprometer o desempenho da rede celular. Na parte final do trabalho, estudou-se um cenário com pequenas células em ambiente urbano e linha de vista. Este estudo foi feito comparando as bandas de frequência de 2.6 GHz, 3.5 GHz e 5.62 GHz, considerando o modelo de atenuação ITU-R M.2135-1 de duplo declive (DS-PLM). Obtiveram-se resultados considerando diferentes valores para o raio das células. Determinou-se a capacidade de sistema para serviços de vídeo, considerando o limiar de 2% para a PLR (do 3GPP). Para todos os escalonadores de pacotes e faixas de frequência, para distâncias de cobertura inferiores à distância de quebra, a PLR aumenta quando o raio de cobertura da célula diminui. [...]
A disponibilização de serviços de ritmo de transmissão elevado, com qualidade melhorada, motiva a necessidade de optimização das redes celulares. Este trabalho explora o comportamento de pequenas células em ambientes de interior e exterior. A redução da área de cobertura das células permite aumentar a capacidade de sistema em ambos os sentidos de ligação. A justificação da utilização de células com pequenas áreas de cobertura, é seguida da apresentação do conceito de redes ultra-densas e heterogéneas, um passo rumo à 5G. Na parte inicial deste trabalho, foi escolhida uma grelha de 5x5 apartamentos para o cenário de interiores definido pelo 3GPP. Estudou-se a relação sinal-interferência-mais-ruído (SINR) média para topologias com padrão de reutilização dois, uma com 25 HeNBs e outra com 4 HeNBs. Também se estudou o mapeamento exponencial efectivo da SINR (EESM), estendendo- o para topologias com 5 e 6 HeNBs. Com base numa versão melhorada do LTE-SIM, avaliou-se o débito binário, taxa de perda de pacotes (PLR), atraso e o número de utilizadores suportados. O desempenho foi avaliado considerando 4, 5, 6 e 25 HeNBs. Os resultados obtidos cumprem as recomendações do 3GPP para a PLR e o atraso. Observou-se que valores mais elevados da capacidade de sistema são obtidos para a topologia com 25 HeNBs, seguida pelas topologias com 6, 4 e 5 HeNBs. Consideraram-se várias abordagens para a calendarização de pacotes. Os resultados mostram que, para os escalonadores de pacotes considerados, é possível reduzir a potência de emissão dos HeNBs sem comprometer o desempenho da rede celular. Na parte final do trabalho, estudou-se um cenário com pequenas células em ambiente urbano e linha de vista. Este estudo foi feito comparando as bandas de frequência de 2.6 GHz, 3.5 GHz e 5.62 GHz, considerando o modelo de atenuação ITU-R M.2135-1 de duplo declive (DS-PLM). Obtiveram-se resultados considerando diferentes valores para o raio das células. Determinou-se a capacidade de sistema para serviços de vídeo, considerando o limiar de 2% para a PLR (do 3GPP). Para todos os escalonadores de pacotes e faixas de frequência, para distâncias de cobertura inferiores à distância de quebra, a PLR aumenta quando o raio de cobertura da célula diminui. [...]
Description
Keywords
Pequenas células Femtocélulas Débito binário Atraso HeNBs LTE-Sim Taxa de perda de pacotes Escalonadores de pacotes Mapeamento exponencial efectivo da SINR Quociente de implantação de HeNBs Micro-célula urbana Modelo de duplo declive Banda de frequência