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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 telecomunica莽玫es
Mestrado em Engenharia Eletr贸nica e Telecomunica莽玫esAs telecomunica莽玫es m贸veis t锚m enfrentado enormes desafios em todo
o mundo, com especial 锚nfase nos pa铆ses emergentes. A sua crescente
import芒ncia para o crescimento das economias dos pa铆ses tornam a
sua presen莽a essencial num mundo cada vez mais global e
tecnol贸gico.
A partilha de infraestruturas de telecomunica莽玫es torna a
implementa莽茫o de comunica莽玫es m贸veis numa dada regi茫o ou pa铆s
mais facilitada. No caso de Mo莽ambique, que 茅 dos pa铆ses mais pobres
do mundo, a partilha seria uma estrat茅gia interessante de forma a
permitir um r谩pido crescimento dos servi莽os de telecomunica莽玫es.
Neste projeto, foi desenvolvida uma ferramenta que auxilia o estudo
tecno-econ贸mico de cen谩rios de partilha de infraestruturas de
telecomunica莽玫es. Esta ferramenta permitiu assim criar cen谩rios para a
realidade Mo莽ambicana.
Esta disserta莽茫o pretende contribuir para o desenvolvimento da 谩rea
das telecomunica莽玫es 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鈥檚
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 陌stanbul
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.K谋z谋l谋rmak, Refik 脟a臒larM.S
Solu莽玫es partilhadas para redes de telecomunica莽玫es
Mestrado em Engenharia Eletr贸nica e de Telecomunica莽玫esDespite 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 superf铆cie terrestre coberta pelas
comunica莽玫es m贸veis, h谩 quest玫es que t锚m dificultado 脿 implementa莽茫o e
desenvolvimento das redes celulares nas regi玫es onde o mercado e o poder
econ贸mico ainda est茫o em desenvolvimento. Muitas dessas quest玫es s茫o
de car谩cter econ贸mico e financeiro. O que se torna, curiosamente, um facto
contradit贸rio, uma vez que as comunica莽玫es m贸veis em diversas ocasi玫es
provaram ser um grande aliado para o crescimento e desenvolvimento
econ贸mico deste tipo de regi玫es.
Portanto para situa莽玫es como estas, onde o desenvolvimento ou instala莽茫o
de redes celulares 茅 travado ou condicionado por factores de car谩cter
econ贸mico e financeiro, a adop莽茫o de m茅todos de partilha de infraestruturas
ou servi莽os consegue facilitar a implementa莽茫o e expans茫o de redes
celulares nestas regi玫es.
O trabalho desenvolvido nesta disserta莽茫o procura identificar e estudar os
m茅todos mais comum de partilha. Atrav茅s do uso de uma ferramenta de
c谩lculo, analisam-se tamb茅m os efeitos e benef铆cios econ贸micos que cada
m茅todo de partilha trar谩 para os operadores interessados em entrar em
mercados com caracter铆sticas aqui consideradas
Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics
La evoluci贸n experimentada por las comunicaciones m贸viles a lo largo de las 煤ltimas
d茅cadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones
y necesidades por parte del usuario, as铆 como los avances tecnol贸gicos. Los
servicios ofrecidos para t茅rminales m贸viles han evolucionado desde el cl谩sico servicio
de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios m谩s atractivos y por lo tanto con una
r谩pida aceptaci贸n 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 t茅cnologicos, avances
tales como nuevas t茅cnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiaci贸n
y modulaci贸n de la informaci贸n intercambiada, sistemas de transmisi贸n y
recepci贸n basados en m煤ltiples antenas (MIMO), etc.
Un aspecto importante en esta evoluci贸n fue la liberaci贸n del sector a principios de
los a帽os 90, donde la funci贸n reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias
nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas
tratados por la NRA espc铆fica de cada naci贸n es la determinaci贸n de los costes por
servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios m贸villes, entre
los que cabe destacar el coste por terminaci贸n de llamada o de inteconexi贸n. El
servicio de interconexi贸n hace posible la comunicaci贸n de usuarios de diferente operadores,
as铆 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 minimizaci贸n de los costes de inversi贸n en
equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexi贸n
como se ver谩 a lo largo de este trabajo. La consecuci贸n de dicho objetivo
se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos
para el dimesionado 贸ptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de
comunicaciones m贸villes. En segundo lugar, el dise帽o y aplicaci贸n de algoritmos de
optimizaci贸n para la distribuci贸n 贸ptima de los servicios sobre el conjunto de tecnolog铆as
m贸viles existentes (OSDP).
El modulo de dise帽o de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados
del dimensionado y planificaci贸n de la red de acceso m贸vil. Estos algoritmos se aplican
en un entorno multi-tecnolog铆a, considerando sistemas de segunda (2G), tercera
(3G) y cuarta (4G) generaci贸n, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles
de usuarios con su respectiva carga de tr谩fico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios
de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha
m贸vil.
La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera 贸ptima el conjunto
de servicios sobre las tecnolog铆as a desplegar. El objetivo de esta parte es
hacer un uso eficiente de las tecnolog铆as existentes reduciendo los costes de inversi贸n
en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnol贸gicas existente
entre los diferentes sistemas m贸viles, que hacen que los sistemas de segunda
generaci贸n sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajer铆a corta,
mientras que redes de tercera generaci贸n muestran un mejor rendimiento en la transmisi贸n
de servicios de datos. Por 煤ltimo, el servicio de banda ancha m贸vil es nativo
de redes de 煤ltima generad贸n, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G.
Ambos m贸dulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el
desarrollo de an谩lisis tecno-econ贸micos tales como el estudio del rendimiento de las
tecnolog铆as de HSPA y 4G para la prestaci贸n del servicio de banda ancha m贸vil, as铆
como el an谩lisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendr谩n lugar a
partir del pr贸ximo a帽o coinicidiendo con la licitaci贸n de las frecuencias en la banda
de 800 MHz. As铆 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 inversi贸n obtenidos tras la optimizaci贸n. En todos los casos se ha demostrado
la mejora, en t茅rminos de costes de inversi贸n, obtenida tras la aplicaci贸n de ambos
m贸dulos, posibilitando una reducci贸n en la determinaci贸n de los costes de provisi贸n
de servicios.
Los estudios realizados en esta tesis se centran en la naci贸n de Espa帽a, sin embargo
todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro pa铆s europeo,
prueba de ello es que los algoritmos de dise帽o de red han sido utilizados en diversos
proyectos de regulaci贸n
Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics
La evoluci贸n experimentada por las comunicaciones m贸viles a lo largo de las 煤ltimas
d茅cadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones
y necesidades por parte del usuario, as铆 como los avances tecnol贸gicos. Los
servicios ofrecidos para t茅rminales m贸viles han evolucionado desde el cl谩sico servicio
de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios m谩s atractivos y por lo tanto con una
r谩pida aceptaci贸n 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 t茅cnologicos, avances
tales como nuevas t茅cnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiaci贸n
y modulaci贸n de la informaci贸n intercambiada, sistemas de transmisi贸n y
recepci贸n basados en m煤ltiples antenas (MIMO), etc.
Un aspecto importante en esta evoluci贸n fue la liberaci贸n del sector a principios de
los a帽os 90, donde la funci贸n reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias
nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas
tratados por la NRA espc铆fica de cada naci贸n es la determinaci贸n de los costes por
servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios m贸villes, entre
los que cabe destacar el coste por terminaci贸n de llamada o de inteconexi贸n. El
servicio de interconexi贸n hace posible la comunicaci贸n de usuarios de diferente operadores,
as铆 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 minimizaci贸n de los costes de inversi贸n en
equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexi贸n
como se ver谩 a lo largo de este trabajo. La consecuci贸n de dicho objetivo
se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos
para el dimesionado 贸ptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de
comunicaciones m贸villes. En segundo lugar, el dise帽o y aplicaci贸n de algoritmos de
optimizaci贸n para la distribuci贸n 贸ptima de los servicios sobre el conjunto de tecnolog铆as
m贸viles existentes (OSDP).
El modulo de dise帽o de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados
del dimensionado y planificaci贸n de la red de acceso m贸vil. Estos algoritmos se aplican
en un entorno multi-tecnolog铆a, considerando sistemas de segunda (2G), tercera
(3G) y cuarta (4G) generaci贸n, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles
de usuarios con su respectiva carga de tr谩fico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios
de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha
m贸vil.
La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera 贸ptima el conjunto
de servicios sobre las tecnolog铆as a desplegar. El objetivo de esta parte es
hacer un uso eficiente de las tecnolog铆as existentes reduciendo los costes de inversi贸n
en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnol贸gicas existente
entre los diferentes sistemas m贸viles, que hacen que los sistemas de segunda
generaci贸n sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajer铆a corta,
mientras que redes de tercera generaci贸n muestran un mejor rendimiento en la transmisi贸n
de servicios de datos. Por 煤ltimo, el servicio de banda ancha m贸vil es nativo
de redes de 煤ltima generad贸n, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G.
Ambos m贸dulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el
desarrollo de an谩lisis tecno-econ贸micos tales como el estudio del rendimiento de las
tecnolog铆as de HSPA y 4G para la prestaci贸n del servicio de banda ancha m贸vil, as铆
como el an谩lisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendr谩n lugar a
partir del pr贸ximo a帽o coinicidiendo con la licitaci贸n de las frecuencias en la banda
de 800 MHz. As铆 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 inversi贸n obtenidos tras la optimizaci贸n. En todos los casos se ha demostrado
la mejora, en t茅rminos de costes de inversi贸n, obtenida tras la aplicaci贸n de ambos
m贸dulos, posibilitando una reducci贸n en la determinaci贸n de los costes de provisi贸n
de servicios.
Los estudios realizados en esta tesis se centran en la naci贸n de Espa帽a, sin embargo
todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro pa铆s europeo,
prueba de ello es que los algoritmos de dise帽o de red han sido utilizados en diversos
proyectos de regulaci贸n
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