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Cooperative control of relay based cellular networks
PhDThe increasing popularity of wireless communications and the higher data
requirements of new types of service lead to higher demands on wireless networks.
Relay based cellular networks have been seen as an effective way to meet users’
increased data rate requirements while still retaining the benefits of a cellular
structure. However, maximizing the probability of providing service and spectrum
efficiency are still major challenges for network operators and engineers because of
the heterogeneous traffic demands, hard-to-predict user movements and complex
traffic models.
In a mobile network, load balancing is recognised as an efficient way to increase
the utilization of limited frequency spectrum at reasonable costs. Cooperative
control based on geographic load balancing is employed to provide flexibility for
relay based cellular networks and to respond to changes in the environment.
According to the potential capability of existing antenna systems, adaptive radio
frequency domain control in the physical layer is explored to provide coverage at
the right place at the right time.
This thesis proposes several effective and efficient approaches to improve
spectrum efficiency using network wide optimization to coordinate the coverage
offered by different network components according to the antenna models and
relay station capability. The approaches include tilting of antenna sectors,
changing the power of omni-directional antennas, and changing the assignment of
relay stations to different base stations. Experiments show that the proposed
approaches offer significant improvements and robustness in heterogeneous traffic
scenarios and when the propagation environment changes. The issue of predicting
the consequence of cooperative decisions regarding antenna configurations when
applied in a realistic environment is described, and a coverage prediction model is
proposed. The consequences of applying changes to the antenna configuration on
handovers are analysed in detail. The performance evaluations are based on a
system level simulator in the context of Mobile WiMAX technology, but the
concepts apply more generally
Proceedings of the Fifth International Mobile Satellite Conference 1997
Satellite-based mobile communications systems provide voice and data communications to users over a vast geographic area. The users may communicate via mobile or hand-held terminals, which may also provide access to terrestrial communications services. While previous International Mobile Satellite Conferences have concentrated on technical advances and the increasing worldwide commercial activities, this conference focuses on the next generation of mobile satellite services. The approximately 80 papers included here cover sessions in the following areas: networking and protocols; code division multiple access technologies; demand, economics and technology issues; current and planned systems; propagation; terminal technology; modulation and coding advances; spacecraft technology; advanced systems; and applications and experiments
Quantifying Potential Energy Efficiency Gain in Green Cellular Wireless Networks
Conventional cellular wireless networks were designed with the purpose of
providing high throughput for the user and high capacity for the service
provider, without any provisions of energy efficiency. As a result, these
networks have an enormous Carbon footprint. In this paper, we describe the
sources of the inefficiencies in such networks. First we present results of the
studies on how much Carbon footprint such networks generate. We also discuss
how much more mobile traffic is expected to increase so that this Carbon
footprint will even increase tremendously more. We then discuss specific
sources of inefficiency and potential sources of improvement at the physical
layer as well as at higher layers of the communication protocol hierarchy. In
particular, considering that most of the energy inefficiency in cellular
wireless networks is at the base stations, we discuss multi-tier networks and
point to the potential of exploiting mobility patterns in order to use base
station energy judiciously. We then investigate potential methods to reduce
this inefficiency and quantify their individual contributions. By a
consideration of the combination of all potential gains, we conclude that an
improvement in energy consumption in cellular wireless networks by two orders
of magnitude, or even more, is possible.Comment: arXiv admin note: text overlap with arXiv:1210.843
Proceedings of the Third International Mobile Satellite Conference (IMSC 1993)
Satellite-based mobile communications systems provide voice and data communications to users over a vast geographic area. The users may communicate via mobile or hand-held terminals, which may also provide access to terrestrial cellular communications services. While the first and second International Mobile Satellite Conferences (IMSC) mostly concentrated on technical advances, this Third IMSC also focuses on the increasing worldwide commercial activities in Mobile Satellite Services. Because of the large service areas provided by such systems, it is important to consider political and regulatory issues in addition to technical and user requirements issues. Topics covered include: the direct broadcast of audio programming from satellites; spacecraft technology; regulatory and policy considerations; advanced system concepts and analysis; propagation; and user requirements and applications
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
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