Capacity Dimensioning of HSDPA Urban Network

To launch a cellular network, prelaunch capacity dimensioning is performed which includes coverage estimation and throughput prediction. Cellular companies in developing countries like Pakistan are only providing 2G services, while 3G services are yet to be launched. Although a lot of research has been done on 3G services in developed countries but there is very little knowledge regarding practical aspects of planning and optimization of 3G networks in third world countries like Pakistan. This research paper includes a thorough analysis of factors that affect capacity of 3G networks, including radio propagation models. Various propagation models are studied and propagation constants of Standard Propagation Model are tuned according to topography of Islamabad. The performance analysis of these propagation models is done using Matlab and results are verified through planning tool Atoll and field measurements. Based on analysis of these results capacity dimensioning, in terms of number of sites, is carried out for an urban network of Islamabad

Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics

La evolución experimentada por las comunicaciones móviles a lo largo de las últimas décadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones y necesidades por parte del usuario, así como los avances tecnológicos. Los servicios ofrecidos para términales móviles han evolucionado desde el clásico servicio de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios más atractivos y por lo tanto con una rápida aceptación por parte de usuario final como, video telephony, video streaming, online gaming, and the internet broadband access (MBAS). Todos estos nuevos servicios se han convertido en una realidad gracias a los avances técnologicos, avances tales como nuevas técnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiación y modulación de la información intercambiada, sistemas de transmisión y recepción basados en múltiples antenas (MIMO), etc. Un aspecto importante en esta evolución fue la liberación del sector a principios de los años 90, donde la función reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas tratados por la NRA espcífica de cada nación es la determinación de los costes por servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios móvilles, entre los que cabe destacar el coste por terminación de llamada o de inteconexión. El servicio de interconexión hace posible la comunicación de usuarios de diferente operadores, así como el acceso a la totalidad de servicios, incluso a aquellos no prestados por un operador en concreto gracias al uso de una red perteneciente a otro operador, por parte de todos los usuarios. El objetivo principal de esta tesis es la minimización de los costes de inversión en equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexión como se verá a lo largo de este trabajo. La consecución de dicho objetivo se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos para el dimesionado óptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de comunicaciones móvilles. En segundo lugar, el diseño y aplicación de algoritmos de optimización para la distribución óptima de los servicios sobre el conjunto de tecnologías móviles existentes (OSDP). El modulo de diseño de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados del dimensionado y planificación de la red de acceso móvil. Estos algoritmos se aplican en un entorno multi-tecnología, considerando sistemas de segunda (2G), tercera (3G) y cuarta (4G) generación, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles de usuarios con su respectiva carga de tráfico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha móvil. La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera óptima el conjunto de servicios sobre las tecnologías a desplegar. El objetivo de esta parte es hacer un uso eficiente de las tecnologías existentes reduciendo los costes de inversión en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnológicas existente entre los diferentes sistemas móviles, que hacen que los sistemas de segunda generación sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajería corta, mientras que redes de tercera generación muestran un mejor rendimiento en la transmisión de servicios de datos. Por último, el servicio de banda ancha móvil es nativo de redes de última generadón, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G. Ambos módulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el desarrollo de análisis tecno-económicos tales como el estudio del rendimiento de las tecnologías de HSPA y 4G para la prestación del servicio de banda ancha móvil, así como el análisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendrán lugar a partir del próximo año coinicidiendo con la licitación de las frecuencias en la banda de 800 MHz. Así mismo, se ha llevado a cabo un estudio sobre el despliegue de redes de 4G en las bandas de 800 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, comparando los costes de inversión obtenidos tras la optimización. En todos los casos se ha demostrado la mejora, en términos de costes de inversión, obtenida tras la aplicación de ambos módulos, posibilitando una reducción en la determinación de los costes de provisión de servicios. Los estudios realizados en esta tesis se centran en la nación de España, sin embargo todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro país europeo, prueba de ello es que los algoritmos de diseño de red han sido utilizados en diversos proyectos de regulación

Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics

La evolución experimentada por las comunicaciones móviles a lo largo de las últimas décadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones y necesidades por parte del usuario, así como los avances tecnológicos. Los servicios ofrecidos para términales móviles han evolucionado desde el clásico servicio de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios más atractivos y por lo tanto con una rápida aceptación por parte de usuario final como, video telephony, video streaming, online gaming, and the internet broadband access (MBAS). Todos estos nuevos servicios se han convertido en una realidad gracias a los avances técnologicos, avances tales como nuevas técnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiación y modulación de la información intercambiada, sistemas de transmisión y recepción basados en múltiples antenas (MIMO), etc. Un aspecto importante en esta evolución fue la liberación del sector a principios de los años 90, donde la función reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas tratados por la NRA espcífica de cada nación es la determinación de los costes por servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios móvilles, entre los que cabe destacar el coste por terminación de llamada o de inteconexión. El servicio de interconexión hace posible la comunicación de usuarios de diferente operadores, así como el acceso a la totalidad de servicios, incluso a aquellos no prestados por un operador en concreto gracias al uso de una red perteneciente a otro operador, por parte de todos los usuarios. El objetivo principal de esta tesis es la minimización de los costes de inversión en equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexión como se verá a lo largo de este trabajo. La consecución de dicho objetivo se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos para el dimesionado óptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de comunicaciones móvilles. En segundo lugar, el diseño y aplicación de algoritmos de optimización para la distribución óptima de los servicios sobre el conjunto de tecnologías móviles existentes (OSDP). El modulo de diseño de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados del dimensionado y planificación de la red de acceso móvil. Estos algoritmos se aplican en un entorno multi-tecnología, considerando sistemas de segunda (2G), tercera (3G) y cuarta (4G) generación, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles de usuarios con su respectiva carga de tráfico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha móvil. La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera óptima el conjunto de servicios sobre las tecnologías a desplegar. El objetivo de esta parte es hacer un uso eficiente de las tecnologías existentes reduciendo los costes de inversión en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnológicas existente entre los diferentes sistemas móviles, que hacen que los sistemas de segunda generación sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajería corta, mientras que redes de tercera generación muestran un mejor rendimiento en la transmisión de servicios de datos. Por último, el servicio de banda ancha móvil es nativo de redes de última generadón, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G. Ambos módulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el desarrollo de análisis tecno-económicos tales como el estudio del rendimiento de las tecnologías de HSPA y 4G para la prestación del servicio de banda ancha móvil, así como el análisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendrán lugar a partir del próximo año coinicidiendo con la licitación de las frecuencias en la banda de 800 MHz. Así mismo, se ha llevado a cabo un estudio sobre el despliegue de redes de 4G en las bandas de 800 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, comparando los costes de inversión obtenidos tras la optimización. En todos los casos se ha demostrado la mejora, en términos de costes de inversión, obtenida tras la aplicación de ambos módulos, posibilitando una reducción en la determinación de los costes de provisión de servicios. Los estudios realizados en esta tesis se centran en la nación de España, sin embargo todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro país europeo, prueba de ello es que los algoritmos de diseño de red han sido utilizados en diversos proyectos de regulación

Indoor Radio Measurement and Planning for UMTS/HSPDA with Antennas

Over the last decade, mobile communication networks have evolved tremendously with a key focus on providing high speed data services in addition to voice. The third generation of mobile networks in the form of Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) is already offering revolutionary mobile broadband experience to its users by deploying High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) as its packet-data technology. With data speeds up to 14.4 Mbps and ubiquitous mobility, HSDPA is anticipated to become a preferred broadband access medium for end-users via mobile phones, laptops etc. While majority of these end-users are located indoors most of the time, approximately 70-80% of the HSDPA traffic is estimated to originate from inside buildings. Thus for network operators, indoor coverage has become a necessity for technical and business reasons. Macro-cellular (outdoor) to indoor coverage is a natural inexpensive way of providing network coverage inside the buildings. However, it does not guarantee sufficient link quality required for optimal HSDPA operation. On the contrary, deploying a dedicated indoor system may be far too expensive from an operator\u27s point of view. In this thesis, the concept is laid for the understanding of indoor radio wave propagation in a campus building environment which could be used to plan and improve outdoor-to-indoor UMTS/HSDPA radio propagation performance. It will be shown that indoor range performance depends not only on the transmit power of an indoor antenna, but also on the product\u27s response to multipath and obstructions in the environment along the radio propagation path. An extensive measurement campaign will be executed in different indoor environments analogous to easy, medium and hard radio conditions. The effects of walls, ceilings, doors and other obstacles on measurement results would be observed. Chapter one gives a brief introduction to the evolution of UMTS and HSDPA. It goes on to talk about radio wave propagation and some important properties of antennas which must be considered when choosing an antenna for indoor radio propagation. The challenges of in-building network coverage and also the objectives of this thesis are also mentioned in this chapter. The evolution and standardization, network architecture, radio features and most importantly, the radio resource management features of UMTS/HSDPA are given in chapter two. In this chapter, the reason why Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) was specified and selected for 3G (UMTS) systems would be seen. The architecture of the radio access network, interfaces with the radio access network between base stations and radio network controllers (RNC), and the interface between the radio access network and the core network are also described in this chapter. The main features of HSDPA are mentioned at the end of the chapter. In chapter three the principles of the WCDMA air interface, including spreading, Rake reception, signal fading, power control and handovers are introduced. The different types and characteristics of the propagation environments and how they influence radio wave propagation are mentioned. UMTS transport, logical and physical channels are also mentioned, highlighting their significance and relationship in and with the network. Radio network planning for UMTS is discussed in chapter four. The outdoor planning process which includes dimensioning, detailed planning, optimization and monitoring is outlined. Indoor radio planning with distributed antenna systems (DAS), which is the idea and motivation behind this thesis work, is also discussed. The various antennas considered and the antenna that was selected for this thesis experiment was discussed in chapter five. The antenna radiation pattern, directivity, gain and input impedance were the properties of the antenna that were taken into consideration. The importance of the choice of the antenna for any particular type of indoor environment is also mentioned. In chapter six, the design and fabrication of the monopole antennas used for the experimental measurement is mentioned. The procedure for measurement and the equipment used are also discussed. The results gotten from the experiment are finally analyzed and discussed. In this chapter the effect of walls, floors, doors, ceilings and other obstacles on radio wave propagation will be seen. Finally, chapter seven concludes this thesis work and gives some directions for future work

WCDMA multiclass downlink capacity and interference statistics of cigar-shaped microcells in highways

The final publication is available at Springer via http://dx.doi.org/10.1007/s11277-013-1048-5In this paper, the multiclass downlink capacity and the interference statistics of the sectors of a cigar-shaped microcells using wideband code-division multiple-access with soft handover mode are analyzed. The two-slope propagation model with log-normal shadowing is used in the analysis where a model of 8 cigar-shaped microcells is utilized. The performance of the downlink is studied for different [sector range R, standard deviation of the shadowing (σ1 and σ2) and propagation exponents (s1 and s2)]. It is found that increasing the sector range from 500 to 1,000 m will increase the sector downlink capacity. Also, it is found that increasing the value of the propagation parameters (σ1 and σ2) will reduce the downlink sector capacity. It is noticed that, the effect of changing the propagation exponent s1 is null while increasing the propagation exponent s2 will increase the downlink capacit