Distance Based Power Control for D2D Communication in LTE-Advanced Networks

Device to device communication systems places a very important role in handling both voice and data services efficiently in LTE-A networks. Power control techniques that we adopt for efficient D2D communication becomes a challenging issue. D2D and cellular signals under the same network may result in In-band Emission Interference (IEI). This degrades discovery range which result in loss of energy efficiency, throughput and hence increases the power requirement in both uplink and downlink transmissions. In this paper, a power control algorithm is introduced which greatly helps in saving power in LTE-Advanced networks for D2D communication. Power calculation mechanisms for D2D users and cellular users are shown separately. Based on mode selection, transmit and receive power requirements are evaluated to obtain the preset Quality of Service (QoS) parameters. The simulation results presented in the proposed method demonstrates the effectiveness of power consumption in LTE-Advanced networks for device to device communication

Device-to-device communication : effects of using spatial spectrum sensing and dual band networks

Orientador: Paulo CardieriDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: A técnica comunicação Device-to-Device (D2D) é considerada como uma das tecnologias candidatas para a implementação de sistemas celulares de quinta geração (5G). Basicamente, essa técnica permite a comunicação direta entre dois terminais de usuário que estejam próximos entre si, sem, assim, usar a estação rádio base (BS, Base Station). A técnica D2D tem a capacidade de fornecer altas taxas de dados com menor consumo de energia, devido à menor distância do enlace entre transmissor e receptor. Essas características tornam-se atraentes para os pesquisadores que estão na busca de tecnologias capazes de atender o alto tráfego de dados que atualmente circula nas redes sem fio, e garantir os padrões de qualidade de serviço (QoS, Quality of Service) esperados pelos usuários. Esse presente trabalho estuda a técnica de comunicação D2D em uma rede celular no modo underlay de compartilhamento de canal, isto é, quando um canal uplink da rede celular é compartilhado entre terminais operando no modo convencional, isto é, conectados às BS, e terminais operando no modo D2D. Com essa forma de compartilhamento de canal, a interferência entre os enlaces celulares e D2D pode degradar o desempenho da rede. Para controlar o nível de interferência, assume-se que os terminais operando no modo D2D utilizam a técnica de spectrum sensing (SS) para detectar o estado do canal (livre ou ocupado), antes de iniciar a sua transmissão. São considerados nesse estudo dois cenários de uso do spectrum sensing. No Cenário I, os terminais D2D usam SS para evitar a interferência entre eles e os terminais celulares. Nesse sentido, como consequência do processo de SS, as posições dos transmissores D2D podem ser modeladas pelo processo pontual chamado Poisson Hole Process. No Cenário II, o processo de spectrum sensing empregado pelos terminais D2D é usado para detectar o uso do canal não apenas por algum terminal celular, mas também por algum terminal D2D. O processo pontual resultante que modela os transmissores D2D neste cenário é uma versão do chamado processo Matérn Point Process. Para esses dois cenários são derivadas expressões de probabilidade de outage para os enlaces celulares e enlaces D2D, empregando ferramentas de Geometria Estocástica, usando os processos pontuais mencionados. Com base nessas expressões de probabilidade de outage, é apresentada uma análise do desempenho da rede celular-D2D. Outra tecnologia atraente para sistemas 5G é a comunicação na faixa de ondas milimétricas, uma vez que tal faixa apresenta uma largura de banda maior, permitindo altas taxas de dados. No entanto, a comunicação na banda de ondas milimétricas requer linha de visada, sendo, portanto, altamente susceptível a bloqueio do enlace devido às condições de propagação. Esse trabalho estuda também a comunicação D2D em um cenário em que os terminais podem operar nas bandas de ondas milimétricas e microondas, combinado com um esquema de retransmissão de pacotes. No cenário estudado aqui, os terminais D2D operam prioritariamente na banda de ondas milimétricas, mas quando as condições de propagação nessa banda se deterioram, eles podem mudar para a banda de microondas, como uma tentativa de melhorar o desempenho geral. Também usando elementos de geometria estocástica, são derivadas expressões de probabilidade de outage para a comunicação nas duas bandas, e uma análise do desempenho desse esquema de transmissão é investigadoAbstract: Device-to-Device Communication is deemed as one of the key technologies for the fifth generation of cellular systems (5G). Basically, this strategy of communication allows user terminals to communicate directly with each other, without any assistance from base stations. Device-to-device communication is capable of providing high data rate, coverage extension, and reduced energy consumption. Due to the shorter distance of the link between transmitter and receiver. These features are attractive to researchers who are searching for technologies can handle the high data traffic that currently circulates on wireless networks, and ensures the quality of service standards (QoS), expected by users. This present work investigates the performance of an underlay D2D cellular network, in which D2D terminals and cellular terminals share the same uplink channel. In order to control the level of interference, we assume that D2D terminals employ spectrum sensing (SS) in order to detect the presence of other transmission on the target channel. Two scenarios are considered regarding the use of spectrum sensing. In Scenario I, the D2D terminals employ SS to avoid interference between them and cellular terminals. Therefore, the locations of D2D transmitters can be modeled by a Poisson Hole Process. In Scenario II, spectrum sensing is used to control the interference among D2D terminals and cellular terminals, as in Scenario I, and the interference among D2D terminals. In this scenario, the locations of D2D terminals are better modeled by a version of the Matérn Point Process. Using elements of Stochastic Geometry, expressions for outage probabilities in both scenarios are derived and used in the performance analysis of these two scenarios. Another attractive technology for 5G cellular systems is millimeter-wave communication, due to the availability of large bandwidth at this frequency band, allowing for a high data rate. However, the communication in the millimeter wave band is highly susceptible to link blockage, degrading the communication performance. In this work, we investigate the performance of a D2D network in which terminals can operate either in the millimeter-wave band or in the microwave band, combined with a packet retransmission scheme and beam-forming. The terminals primarily operate in the millimeter-wave band, and when the propagation conditions deteriorate, they can switch to the microwave band as an attempt to improve the overall performance. Using tools from Stochastic Geometry, the performance of this communication strategy is investigatedMestradoTelecomunicações e TelemáticaMestra em Engenharia ElétricaCAPE

Study of Device-to-Device communication : analysis of spectral efficiency, energy efficiency and transport capacity

Orientador: Paulo CardieriDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: O modo de comunicação Device-to-Device (D2D) possibilita que dois terminais de uma rede celular se comuniquem entre si diretamente, sem o envolvimento da estação rádio-base na transmissão da mensagem. Este modo de comunicação possibilita aumentar a eficiência espectral, diminuir a latência e incrementar a eficiência energética da comunicação. Por esses motivos, a comunicação D2D tem sido proposta como uma das tecnologias que comporão os sistemas de quinta geração de comunicação celular (5G). Nesse trabalho, apresenta-se um estudo do desempenho do modo de comunicação D2D em um cenário em que terminais operando no modo D2D compartilham o canal de comunicação com terminais operando no modo celular convencional (isto é, conectados a estações rádio-base), com os terminais de ambas as redes provocando interferência mútua. O estudo foca na otimização da eficiência espectral e da eficiência energética da rede D2D, impondo-se a restrição de que qualquer alteração na rede D2D deve manter invariante a interferência causada pela rede D2D nas transmissões da rede celular. Usando elementos de Geometria Estocástica para a modelagem das redes, são derivadas expressões para os valores ótimos da densidade de terminais, da potência de transmissão e da taxa de transmissão da rede D2D que maximizam ou a eficiência espectral ou a eficiência energética da rede. Tais expressões dos valores ótimos possibilitam o entendimento da influência de diversos parâmetros das redes no desempenho da rede D2D e dos compromissos resultantes. Finalmente, se analisa a capacidade de transporte da rede D2D, sem, no entanto, impor que a interferência gerada pela rede D2D sobre a rede celular permanece invariante. O estudo da capacidade de transporte permite encontrar a distância máxima do enlace D2D que otimiza esta métricaAbstract: Device-to-device (D2D) communication allows two terminals of a cellular network to communicate directly with each other, without involving any base station in the communication process. This mode of communication may enhance the network spectral efficiency, reduce latency and increase the energy efficiency. For these and other reasons, D2D communication has been proposed as one of the technologies to be considered in the Fifth Generation of cellular communication systems (5G). In this work, we study of the performance of the D2D communication strategy in a scenario in which terminals operating in the D2D mode share the communication channel with terminals operating in the conventional cellular mode (i.e., connected to base stations), causing interference to each other. The study focuses on the optimization of the spectral efficiency and energy efficiency of the D2D network, imposing the restriction that any change in the D2D network should keep invariant the interference caused by the D2D network to cellular links. Using elements of Stochastic Geometry for network modeling, expressions are derived for the optimum values of D2D network density, transmission power and transmission rate that maximize either the spectral efficiency or the energy efficiency of the network. These expressions of the optimal values allow the understanding of the influence of several network parameters on the performance of the D2D network and the resulting trade-offs. Also, in this study we optimize the transport Capacity in respect to the distance of the D2D link, however, in this case we don't assure that the interference caused by the D2D network to cellular links keeps invariantMestradoTelecomunicações e TelemáticaMestra em Engenharia ElétricaCAPE