Capacity and Throughput Optimization in Multi-cell 3G WCDMA Networks

User modeling enables in the computation of the traffic density in a cellular network, which can be used to optimize the placement of base stations and radio network controllers as well as to analyze the performance of resource management algorithms towards meeting the final goal: the calculation and maximization of network capacity and throughput for different data rate services. An analytical model is presented for approximating the user distributions in multi-cell third generation wideband code division multiple access (WCDMA) networks using 2-dimensional Gaussian distributions by determining the means and the standard deviations of the distributions for every cell. This model allows for the calculation of the inter-cell interference and the reverse-link capacity of the network. An analytical model for optimizing capacity in multi-cell WCDMA networks is presented. Capacity is optimized for different spreading factors and for perfect and imperfect power control. Numerical results show that the SIR threshold for the received signals is decreased by 0.5 to 1.5 dB due to the imperfect power control. The results also show that the determined parameters of the 2-dimensional Gaussian model match well with traditional methods for modeling user distribution. A call admission control algorithm is designed that maximizes the throughput in multi-cell WCDMA networks. Numerical results are presented for different spreading factors and for several mobility scenarios. Our methods of optimizing capacity and throughput are computationally efficient, accurate, and can be implemented in large WCDMA networks

Partilha de infraestruturas de telecomunicações

Mestrado em Engenharia Eletrónica e TelecomunicaçõesAs telecomunicações móveis têm enfrentado enormes desafios em todo o mundo, com especial ênfase nos países emergentes. A sua crescente importância para o crescimento das economias dos países tornam a sua presença essencial num mundo cada vez mais global e tecnológico. A partilha de infraestruturas de telecomunicações torna a implementação de comunicações móveis numa dada região ou país mais facilitada. No caso de Moçambique, que é dos países mais pobres do mundo, a partilha seria uma estratégia interessante de forma a permitir um rápido crescimento dos serviços de telecomunicações. Neste projeto, foi desenvolvida uma ferramenta que auxilia o estudo tecno-económico de cenários de partilha de infraestruturas de telecomunicações. Esta ferramenta permitiu assim criar cenários para a realidade Moçambicana. Esta dissertação pretende contribuir para o desenvolvimento da área das telecomunicações em mercados emergentes.Mobile telecommunications have been facing a vast number of challenges across the globe, with special emphasis on emerging countries. Their increasing importance for economic growth of countries make the presence of infrastructure essential in a progressively more global and technological world. Sharing telecommunication infrastructures can facilitate the implementation of mobile communications in a giving region or country. In the case of Mozambique, one of the poorest country of the world, a sharing strategy could potentially allow for a rapid expansion of telecommunication services. In this work project, a tool that supports the techno-economic study of scenarios of telecommunication infrastructure sharing was developed. Through this mechanism, scenarios that consider the Mozambican’s reality have been set up. This dissertation aims then to contribute to the development of the telecommunications sector in emerging markets

CD-MA-PMR network planning and optimization in İstanbul

Cataloged from PDF version of article.The aim of this work is to design a complete PMR (Professional Mobile Radio) network based on CDMA 450 in Istanbul metropolitan region. Coverage and capacity analysis are performed by the developed simulation software tool. Trade off between several system parameters such as quality of service, user mobility, traffic distribution, data rate and bandwidth are considered to optimize the capacity and coverage of the network. Since, managing system interference by precise power control is a very critical concept for CDMA; forward and reverse link interference analysis, and their effects are also studied. Coverage and handoff areas are shown on the map by the aid of GIS (Geographical Information Systems) tool. System capacity and coverage are presented as the main results of the proposed network.Kızılırmak, Refik ÇağlarM.S

Soluções partilhadas para redes de telecomunicações

Mestrado em Engenharia Eletrónica e de TelecomunicaçõesDespite the substantial increase in the percentage of the globe surface covered by mobile communications, there are issues that have hampered the implementation and development of cellular networks in regions where the market and economic power are still under development. Many of these issues are of economic and financial nature. It is curiously a contradictory fact, since mobile communications on several occasions proved to be a great ally for the growth and economic development of this type of regions. Therefore, in situations such as these, where the development or installation of cellular networks is blocked or conditioned by economic and financial factors, the adoption of infrastructure or service sharing methods can facilitate the implementation and expansion of cellular networks in these regions. The work developed in this dissertation seeks to identify and study the most common methods of cellular network sharing. Through the use of a numerical tool, the effects and techno-economic benefits that each sharing method will bring to the operators interested in entering markets with these characteristics will be analyzed.Apesar do crescente aumento da superfície terrestre coberta pelas comunicações móveis, há questões que têm dificultado à implementação e desenvolvimento das redes celulares nas regiões onde o mercado e o poder económico ainda estão em desenvolvimento. Muitas dessas questões são de carácter económico e financeiro. O que se torna, curiosamente, um facto contraditório, uma vez que as comunicações móveis em diversas ocasiões provaram ser um grande aliado para o crescimento e desenvolvimento económico deste tipo de regiões. Portanto para situações como estas, onde o desenvolvimento ou instalação de redes celulares é travado ou condicionado por factores de carácter económico e financeiro, a adopção de métodos de partilha de infraestruturas ou serviços consegue facilitar a implementação e expansão de redes celulares nestas regiões. O trabalho desenvolvido nesta dissertação procura identificar e estudar os métodos mais comum de partilha. Através do uso de uma ferramenta de cálculo, analisam-se também os efeitos e benefícios económicos que cada método de partilha trará para os operadores interessados em entrar em mercados com características aqui consideradas

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

Analytical modeling of HSUPA-enabled UMTS networks for capacity planning

In recent years, mobile communication networks have experienced significant evolution. The 3G mobile communication system, UMTS, employs WCDMA as the air interface standard, which leads to quite different mobile network planning and dimensioning processes compared with 2G systems. The UMTS system capacity is limited by the received interference at NodeBs due to the unique features of WCDMA, which is denoted as `soft capacity'. Consequently, the key challenge in UMTS radio network planning has been shifted from channel allocation in the channelized 2G systems to blocking and outage probabilities computation under the `cell breathing' effects which are due to the relationship between network coverage and capacity. The interference characterization, especially for the other-cell interference, is one of the most important components in 3G mobile networks planning. This monograph firstly investigates the system behavior in the operation of UMTS uplink, and develops the analytic techniques to model interference and system load as fully-characterized random variables, which can be directly applicable to the performance modeling of such networks. When the analysis progresses from single-cell scenario to multi-cell scenario, as the target SIR oriented power control mechanism is employed for maximum capacity, more sophisticated system operation, `feedback behavior', has emerged, as the interference levels at different cells depend on each other. Such behaviors are also captured into the constructed interference model by iterative and approximation approaches. The models are then extended to cater for the features of the newly introduced HSUPA, which provides enhanced dedicated channels for the packet switched data services such that much higher bandwidth can be achieved for best-effort elastic traffic, which allows network operators to cope with the coexistence of both circuit-switched and packet-switched traffic and guarantee the QoS requirements. During the derivation, we consider various propagation models, traffic models, resource allocation schemes for many possible scenarios, each of which may lead to different analytical models. All the suggested models are validated with either Monte-Carlo simulations or discrete event simulations, where excellent matches between results are always achieved. Furthermore, this monograph studies the optimization-based resource allocation strategies in the UMTS uplink with integrated QoS/best-effort traffic. Optimization techniques, both linear-programming based and non-linear-programming based, are used to determine how much resource should be assigned to each enhanced uplink user in the multi-cell environment where each NodeB possesses full knowledge of the whole network. The system performance under such resource allocation schemes are analyzed and compared via Monte-Carlo simulations, which verifies that the proposed framework may serve as a good estimation and optimal reference to study how systems perform for network operators