Técnicas de pré-codificação para sistemas multicelulares coordenados

Doutoramento em TelecomunicaçõesCoordenação Multicélula é um tópico de investigação em rápido crescimento e uma solução promissora para controlar a interferência entre células em sistemas celulares, melhorando a equidade do sistema e aumentando a sua capacidade. Esta tecnologia já está em estudo no LTEAdvanced sob o conceito de coordenação multiponto (COMP). Existem várias abordagens sobre coordenação multicélula, dependendo da quantidade e do tipo de informação partilhada pelas estações base, através da rede de suporte (backhaul network), e do local onde essa informação é processada, i.e., numa unidade de processamento central ou de uma forma distribuída em cada estação base. Nesta tese, são propostas técnicas de pré-codificação e alocação de potência considerando várias estratégias: centralizada, todo o processamento é feito na unidade de processamento central; semidistribuída, neste caso apenas parte do processamento é executado na unidade de processamento central, nomeadamente a potência alocada a cada utilizador servido por cada estação base; e distribuída em que o processamento é feito localmente em cada estação base. Os esquemas propostos são projectados em duas fases: primeiro são propostas soluções de pré-codificação para mitigar ou eliminar a interferência entre células, de seguida o sistema é melhorado através do desenvolvimento de vários esquemas de alocação de potência. São propostas três esquemas de alocação de potência centralizada condicionada a cada estação base e com diferentes relações entre desempenho e complexidade. São também derivados esquemas de alocação distribuídos, assumindo que um sistema multicelular pode ser visto como a sobreposição de vários sistemas com uma única célula. Com base neste conceito foi definido uma taxa de erro média virtual para cada um desses sistemas de célula única que compõem o sistema multicelular, permitindo assim projectar esquemas de alocação de potência completamente distribuídos. Todos os esquemas propostos foram avaliados em cenários realistas, bastante próximos dos considerados no LTE. Os resultados mostram que os esquemas propostos são eficientes a remover a interferência entre células e que o desempenho das técnicas de alocação de potência propostas é claramente superior ao caso de não alocação de potência. O desempenho dos sistemas completamente distribuídos é inferior aos baseados num processamento centralizado, mas em contrapartida podem ser usados em sistemas em que a rede de suporte não permita a troca de grandes quantidades de informação.Multicell coordination is a promising solution for cellular wireless systems to mitigate inter-cell interference, improving system fairness and increasing capacity and thus is already under study in LTE-A under the coordinated multipoint (CoMP) concept. There are several coordinated transmission approaches depending on the amount of information shared by the transmitters through the backhaul network and where the processing takes place i.e. in a central processing unit or in a distributed way on each base station. In this thesis, we propose joint precoding and power allocation techniques considering different strategies: Full-centralized, where all the processing takes place at the central unit; Semi-distributed, in this case only some process related with power allocation is done at the central unit; and Fulldistributed, where all the processing is done locally at each base station. The methods are designed in two phases: first the inter-cell interference is removed by applying a set of centralized or distributed precoding vectors; then the system is further optimized by centralized or distributed power allocation schemes. Three centralized power allocation algorithms with per-BS power constraint and different complexity tradeoffs are proposed. Also distributed power allocation schemes are proposed by considering the multicell system as superposition of single cell systems, where we define the average virtual bit error rate (BER) of interference-free single cell system, allowing us to compute the power allocation coefficients in a distributed manner at each BS. All proposed schemes are evaluated in realistic scenarios considering LTE specifications. The numerical evaluations show that the proposed schemes are efficient in removing inter-cell interference and improve system performance comparing to equal power allocation. Furthermore, fulldistributed schemes can be used when the amounts of information to be exchanged over the backhaul is restricted, although system performance is slightly degraded from semi-distributed and full-centralized schemes, but the complexity is considerably lower. Besides that for high degrees of freedom distributed schemes show similar behaviour to centralized ones

Transmit Beamforming in Dense Networks-A Review

Communication technology has prospered in manifolds over the last decade. The scarcity of spectrum as well as the demand for higher data rates and increase in capacity has become a matter of concern. Newer technologies have evolved time and again, the latest of which is Long Term Evolution (LTE) and Long Term Evolution Advanced (LTE-A) systems more commonly known as 4G technology. The striking feature of LTE/LTE-A is the deployment of smaller cells (femto cells) in the vicinity of a large macro cells resulting in a dense network. As a result the data rate as well as capacity has increased in manifolds but the detrimental factor is the issue of interference between the various cells. Beamforming provides a solution in removing the issues of interference in dense networks. This paper focuses on the interference scenario in LTE dense networks and gives an overview of different beamforming methods that can provide a solution to the interference problem. Further, a review of several such methods so far proposed in available literature has been presented in this paper.Keywords:LTE/LTE-A, Dense Network, Interference,Beamformin

Autonomous Algorithms for Centralized and Distributed Interference Coordination: A Virtual Layer Based Approach

Interference mitigation techniques are essential for improving the performance of interference limited wireless networks. In this paper, we introduce novel interference mitigation schemes for wireless cellular networks with space division multiple access (SDMA). The schemes are based on a virtual layer that captures and simplifies the complicated interference situation in the network and that is used for power control. We show how optimization in this virtual layer generates gradually adapting power control settings that lead to autonomous interference minimization. Thereby, the granularity of control ranges from controlling frequency sub-band power via controlling the power on a per-beam basis, to a granularity of only enforcing average power constraints per beam. In conjunction with suitable short-term scheduling, our algorithms gradually steer the network towards a higher utility. We use extensive system-level simulations to compare three distributed algorithms and evaluate their applicability for different user mobility assumptions. In particular, it turns out that larger gains can be achieved by imposing average power constraints and allowing opportunistic scheduling instantaneously, rather than controlling the power in a strict way. Furthermore, we introduce a centralized algorithm, which directly solves the underlying optimization and shows fast convergence, as a performance benchmark for the distributed solutions. Moreover, we investigate the deviation from global optimality by comparing to a branch-and-bound-based solution.Comment: revised versio