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Radio Resource Management of Heterogeneous Small Cell Networks

2022-10-26Doctoral thesis Open access
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datacite.subject.fosEngenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informáticapt_PT
dc.contributor.advisorVelez, Fernando José da Silva
dc.contributor.authorPaulo, Rui Filipe Rosa
dc.date.accessioned2023-01-06T16:48:28Z
dc.date.available2023-12-08T01:30:19Z
dc.date.issued2022-10-26
dc.description.abstractWhile 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. [...]pt_PT
dc.description.abstractA 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. [...]pt_PT
dc.identifier.tid101681747pt_PT
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10400.6/12603
dc.language.isoengpt_PT
dc.relationStrategic Project - LA 8 - 2011-2012
dc.relationInstituto de Telecomunicações
dc.subjectPequenas célulaspt_PT
dc.subjectFemtocélulaspt_PT
dc.subjectDébito bináriopt_PT
dc.subjectAtrasopt_PT
dc.subjectHeNBspt_PT
dc.subjectLTE-Simpt_PT
dc.subjectTaxa de perda de pacotespt_PT
dc.subjectEscalonadores de pacotespt_PT
dc.subjectMapeamento exponencial efectivo da SINRpt_PT
dc.subjectQuociente de implantação de HeNBspt_PT
dc.subjectMicro-célula urbanapt_PT
dc.subjectModelo de duplo declivept_PT
dc.subjectBanda de frequênciapt_PT
dc.titleRadio Resource Management of Heterogeneous Small Cell Networkspt_PT
dc.typedoctoral thesis
dspace.entity.typePublication
oaire.awardTitleStrategic Project - LA 8 - 2011-2012
oaire.awardTitleInstituto de Telecomunicações
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oaire.fundingStream6817 - DCRRNI ID
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person.familyNameRosa Paulo
person.givenNameRui Filipe
person.identifierAAK-1488-2020
person.identifier.ciencia-id5919-2ABB-C1F6
person.identifier.orcid0000-0002-8541-6675
person.identifier.scopus-author-id36945909000
project.funder.identifierhttp://doi.org/10.13039/501100001871
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project.funder.nameFundação para a Ciência e a Tecnologia
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rcaap.rightsopenAccesspt_PT
rcaap.typedoctoralThesispt_PT
relation.isAuthorOfPublication64667e94-bb0d-403e-9beb-feb7b116856a
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thesis.degree.nameDoutoramento em Engenharia Eletrotécnica e de Computadorespt_PT

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