The COST 259 Directional Channel Model Part II: Macrocells

Abstract — This paper describes the attributes of the COST 259 directional channel model that are applicable for use in the design and implementation of macrocellular mobile and portable radio systems and associated technology. Special care has been taken to model all propagation mechanisms that are currently understood to contribute to the characteristics of practical macrocellular channels and confirm that large scale, small scale, and directional characteristics of implemented models are realistic through their comparison with available measured data. The model that is described makes full use of previously published work, as well as incorporating some new results. It is considered that its implementation should contribute to a tool that can be used for simulations and comparison of different aspects of a large variety of wireless communication systems, including those that exploit the spatial aspects of radio channels, as, for example, through the use of adaptive antenna systems. Index Terms — Direction of arrival, mobile radio channel, smart antenna. I

Studies on 6-sector-site deployment in downlink LTE

Mobile data traffic is expected to increase massively in the following years. Consequently, service operators are induced to increase the capacity of their networks continually to attract more subscribers and maximize their revenues. At the same time, they want to minimize operational costs and capital expenditures. Among the alternatives that aim to increase the network capacity, higher order sectorization, and in particular a six sectorized configuration, is nowadays attracting a lot of attention for LTE macro-cell deployments since a higher number of sectors per site results in improved site capacity and coverage. A six sectorized configuration is attractive for both roll-out phase and growth phase of the network. In the roll-out phase, the radio access network is planned with 6-sector sites instead of 3-sector sites with the advantage that less sites are needed for the same capacity and coverage requirements. In the growth phase, the six sectorized configuration can be used to upgrade existing 3-sector sites where the traffic grows beyond the current sites' capabilities. Therefore, no additional expensive and time consuming contracts need to be signed for the locations of the new sites, while the existing sites are used more efficiently. However, although potentially a 6-sector site can offer a double capacity than a 3-sector site, several factors prevent the capacity from growing proportionately to the number of sectors. Consequently, there is an uncertainty on whether the capacity gain is high enough to justify the extra costs of the additional equipment and, more specifically, whether the 6-sector-site deployment is more economically attractive than a 3-sector-site deployment. The aim of this report is to solve this uncertainty. First, we present the main factors that affect the capacity gain. Next, we quantify the impact of these factors on the capacity gain in downlink LTE with the use of a system level simulator. Finally, we use the results of the simulation study as inputs for an economic study to access the reasons for a possible deployment of 6-sector sites instead of 3-sector sites for LTE

Radio Communications

In the last decades the restless evolution of information and communication technologies (ICT) brought to a deep transformation of our habits. The growth of the Internet and the advances in hardware and software implementations modified our way to communicate and to share information. In this book, an overview of the major issues faced today by researchers in the field of radio communications is given through 35 high quality chapters written by specialists working in universities and research centers all over the world. Various aspects will be deeply discussed: channel modeling, beamforming, multiple antennas, cooperative networks, opportunistic scheduling, advanced admission control, handover management, systems performance assessment, routing issues in mobility conditions, localization, web security. Advanced techniques for the radio resource management will be discussed both in single and multiple radio technologies; either in infrastructure, mesh or ad hoc networks

Técnicas de quantização para sistemas de comunicação híbridos na banda de ondas milimétricas com um número elevado de antenas

Since the appearance of mobile communications, the users of this technology have been growing exponentially every day. The escalating mobile traffic growth it has been imposed by the proliferation of smartphones and tablets. The increasing and more intensive use of wireless communications may lead to a future breaking point, where the traditional systems will fail to support the required capability, spectral and energy efficiency. On the other hand, to cover all this current need to have more and more data it is necessary to provide a new range of data rates around the gigabits per second. Today, almost all mobile communications systems use spectrum in the range of 300MHz – 3GHz. It is needed to start looking to the range of 3GHz – 300GHz spectrum for mobile broadband applications. Millimeter waves are one way to alleviate the spectrum gridlock at lower frequencies. MIMO based systems has been researched for the last 20 years and are now part of the current standards. However, to achieve more gains, a grander view of the MIMO concept envisions the use of a large scale of antennas at each base stations, a concept referred as massive MIMO. The symbiotic combination of these technologies and other ones will lead to the development of a new generation system known as the 5G. The knowledge of the channel state information at the transmitter is very important in real massive MIMO millimeter wave systems. In this dissertation a limited feedback strategy for a hybrid massive MIMO OFDM system is proposed, where only a part of the parameters associated to the link channel are quantized and fed back. The limited feedback strategy employs a uniform-based quantization for channel amplitudes, angle of departure and angle of arrival in time domain. After being fed back, this information is used to reconstruct the overall channel in frequency domain and the transmit antenna array, which are then used to compute the hybrid analog-digital precoders. Numerical results show that the proposed quantization strategy achieve a performance close to the one obtained with perfect full channel, with a low overhead and complexityDesde o aparecimento das comunicações móveis, os utilizadores desta tecnologia têm vindo a crescer exponencialmente todos os dias. A escalada do crescimento do tráfego móvel foi imposta, principalmente, pela proliferação de smartphones e tablets. O uso crescente e intensivo das comunicações sem fios pode levar no futuro a um ponto de rutura, onde os sistemas tradicionais não suportam a capacidade requerida, a eficiência espectral e eficiência enérgica. Por outro lado, para cobrir toda esta necessidade atual de ter mais e mais dados, é necessário fornecer taxas de transmissão mais elevadas, em torno dos gigabits por segundo. Hoje, quase todos os sistemas de comunicações móveis usam espectro na faixa de 300 MHz - 3GHz. É necessário começar a procurar a gama de espectro 3GHz - 300 GHz para aplicações de banda larga móvel. Aqui vamos apresentar as ondas milimétricas, sendo esta uma maneira de aliviar espectro em frequências mais baixas. Os sistemas baseados em MIMO foram alvo de pesquisa nos últimos 20 anos e agora fazem parte dos padrões atuais. No entanto, para obter mais ganhos, uma visão mais ampla do conceito MIMO prevê o uso de uma grande quantidade de antenas em cada estação base, um conceito referido como massive MIMO. A combinação simbiótica destas tecnologias levará ao desenvolvimento de um novo sistema de geração denominado 5G. O desenvolvimento de técnicas de conhecimento da informação do canal no transmissor é muito importante em sistemas massive MIMO millimeter wave reais. Nesta dissertação é proposta e avaliada uma estratégia de envio de informação de canal para o transmissor para sistemas massive MIMO OFDM híbrido, onde apenas uma parte dos parâmetros associados ao canal são quantificados e transmitidos para o transmissor. A estratégia de feedback proposta é baseada numa quantização uniforme das amplitudes de canal, ângulos de partida e de chegada, no domínio do tempo. Depois de serem enviadas, essas informações são usadas para reconstruir o canal geral no domínio da frequência e a matriz da antena de transmissão, que são então usadas para obter os precoders híbridos analógico-digitais. Os resultados numéricos mostram que a estratégia de quantificação proposta atinge um desempenho próximo ao obtido caso se conhecesse o canal perfeito no transmissor, com um baixo overhead e complexidadeMestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicaçõe

Ondas milimétricas e MIMO massivo para otimização da capacidade e cobertura de redes heterogeneas de 5G

Today's Long Term Evolution Advanced (LTE-A) networks cannot support the exponential growth in mobile traffic forecast for the next decade. By 2020, according to Ericsson, 6 billion mobile subscribers worldwide are projected to generate 46 exabytes of mobile data traffic monthly from 24 billion connected devices, smartphones and short-range Internet of Things (IoT) devices being the key prosumers. In response, 5G networks are foreseen to markedly outperform legacy 4G systems. Triggered by the International Telecommunication Union (ITU) under the IMT-2020 network initiative, 5G will support three broad categories of use cases: enhanced mobile broadband (eMBB) for multi-Gbps data rate applications; ultra-reliable and low latency communications (URLLC) for critical scenarios; and massive machine type communications (mMTC) for massive connectivity. Among the several technology enablers being explored for 5G, millimeter-wave (mmWave) communication, massive MIMO antenna arrays and ultra-dense small cell networks (UDNs) feature as the dominant technologies. These technologies in synergy are anticipated to provide the 1000_ capacity increase for 5G networks (relative to 4G) through the combined impact of large additional bandwidth, spectral efficiency (SE) enhancement and high frequency reuse, respectively. However, although these technologies can pave the way towards gigabit wireless, there are still several challenges to solve in terms of how we can fully harness the available bandwidth efficiently through appropriate beamforming and channel modeling approaches. In this thesis, we investigate the system performance enhancements realizable with mmWave massive MIMO in 5G UDN and cellular infrastructure-to-everything (C-I2X) application scenarios involving pedestrian and vehicular users. As a critical component of the system-level simulation approach adopted in this thesis, we implemented 3D channel models for the accurate characterization of the wireless channels in these scenarios and for realistic performance evaluation. To address the hardware cost, complexity and power consumption of the massive MIMO architectures, we propose a novel generalized framework for hybrid beamforming (HBF) array structures. The generalized model reveals the opportunities that can be harnessed with the overlapped subarray structures for a balanced trade-o_ between SE and energy efficiently (EE) of 5G networks. The key results in this investigation show that mmWave massive MIMO can deliver multi-Gbps rates for 5G whilst maintaining energy-efficient operation of the network.As redes LTE-A atuais não são capazes de suportar o crescimento exponencial de tráfego que está previsto para a próxima década. De acordo com a previsão da Ericsson, espera-se que em 2020, a nível global, 6 mil milhões de subscritores venham a gerar mensalmente 46 exa bytes de tráfego de dados a partir de 24 mil milhões de dispositivos ligados à rede móvel, sendo os telefones inteligentes e dispositivos IoT de curto alcance os principais responsáveis por tal nível de tráfego. Em resposta a esta exigência, espera-se que as redes de 5a geração (5G) tenham um desempenho substancialmente superior às redes de 4a geração (4G) atuais. Desencadeado pelo UIT (União Internacional das Telecomunicações) no âmbito da iniciativa IMT-2020, o 5G irá suportar três grandes tipos de utilizações: banda larga móvel capaz de suportar aplicações com débitos na ordem de vários Gbps; comunicações de baixa latência e alta fiabilidade indispensáveis em cenários de emergência; comunicações massivas máquina-a-máquina para conectividade generalizada. Entre as várias tecnologias capacitadoras que estão a ser exploradas pelo 5G, as comunicações através de ondas milimétricas, os agregados MIMO massivo e as redes celulares ultradensas (RUD) apresentam-se como sendo as tecnologias fundamentais. Antecipa-se que o conjunto destas tecnologias venha a fornecer às redes 5G um aumento de capacidade de 1000x através da utilização de maiores larguras de banda, melhoria da eficiência espectral, e elevada reutilização de frequências respetivamente. Embora estas tecnologias possam abrir caminho para as redes sem fios com débitos na ordem dos gigabits, existem ainda vários desafios que têm que ser resolvidos para que seja possível aproveitar totalmente a largura de banda disponível de maneira eficiente utilizando abordagens de formatação de feixe e de modelação de canal adequadas. Nesta tese investigamos a melhoria de desempenho do sistema conseguida através da utilização de ondas milimétricas e agregados MIMO massivo em cenários de redes celulares ultradensas de 5a geração e em cenários 'infraestrutura celular-para-qualquer coisa' (do inglês: cellular infrastructure-to-everything) envolvendo utilizadores pedestres e veiculares. Como um componente fundamental das simulações de sistema utilizadas nesta tese é o canal de propagação, implementamos modelos de canal tridimensional (3D) para caracterizar de forma precisa o canal de propagação nestes cenários e assim conseguir uma avaliação de desempenho mais condizente com a realidade. Para resolver os problemas associados ao custo do equipamento, complexidade e consumo de energia das arquiteturas MIMO massivo, propomos um modelo inovador de agregados com formatação de feixe híbrida. Este modelo genérico revela as oportunidades que podem ser aproveitadas através da sobreposição de sub-agregados no sentido de obter um compromisso equilibrado entre eficiência espectral (ES) e eficiência energética (EE) nas redes 5G. Os principais resultados desta investigação mostram que a utilização conjunta de ondas milimétricas e de agregados MIMO massivo possibilita a obtenção, em simultâneo, de taxas de transmissão na ordem de vários Gbps e a operação de rede de forma energeticamente eficiente.Programa Doutoral em Telecomunicaçõe

D2.1 Performance evaluation framework

This deliverable contains a proposal for a performance evaluation framework that aims at ensuring that multiple projects within 5G-PPP wireless strand can quantitatively assess and compare the performance of different 5G RAN design concepts. The report collects the vision of several 5G-PPP projects and is conceived as a living document to be further elaborated along with the 5G-PPP framework workshops planned during 2016.Weber, A.; Agyapong, P.; Rosowski, T.; Zimmerman, G.; Fallgren, M.; Sharma, S.; Kousaridas, A.... (2016). D2.1 Performance evaluation framework. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.35447.2192