Spectrum Policy and Management

This project provides an examination of the FCC’s policies towards spectrum reallocation. The project examines the National Broadband Plan and how the FCC has approached the goals described within it. The demand for broadband communications has increased dramatically in recent years and has resulted in a predicted spectrum deficit in the near future. In addition to a number of spectrum auctions and their winners the project examines how the redistribution of spectrum impacts the broadband community. The project also provides an examination of spectrum reallocation and policy in other countries, to provide a broader view of spectrum policy. Finally the project examines new spectrum technologies and spectrum usage policies to further examine how the US’s spectrum policies should evolve

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

Radio resource management for OFDMA systems under practical considerations.

Orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) is used on the downlink of broadband wireless access (BWA) networks such as Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) and Long Term Evolution (LTE) as it is able to offer substantial advantages such as combating channel impairments and supporting higher data rates. Also, by dynamically allocating subcarriers to users, frequency domain diversity as well as multiuser diversity can be effectively exploited so that performance can be greatly improved. The main focus of this thesis is on the development of practical resource allocation schemes for the OFDMA downlink. Imperfect Channel State Information (CSI), the limited capacity of the dedicated link used for CSI feedback, and the presence of a Connection Admission Control (CAC) unit are issues that are considered in this thesis to develop practical schemes. The design of efficient resource allocation schemes heavily depends on the CSI reported from the users to the transmitter. When the CSI is imperfect, a performance degradation is realized. It is therefore necessary to account for the imperfectness of the CSI when assigning radio resources to users. The first part of this thesis considers resource allocation strategies for OFDMA systems, where the transmitter only knows the statistical knowledge of the CSI (SCSI). The approach used shows that resources can be optimally allocated to achieve a performance that is comparable to that achieved when instantaneous CSI (ICSI) is available. The results presented show that the performance difference between the SCSI and ICSI based resource allocation schemes depends on the number of active users present in the cell, the Quality of Service (QoS) constraint, and the signal-to- noise ratio (SNR) per subcarrier. In practical systems only SCSI or CSI that is correlated to a certain extent with the true channel state can be used to perform resource allocation. An approach to quantifying the performance degradation for both cases is presented for the case where only a discrete number of modulation and coding levels are available for adaptive modulation and coding (AMC). Using the CSI estimates and the channel statistics, the approach can be used to perform resource allocation for both cases. It is shown that when a CAC unit is considered, CSI that is correlated with its present state leads to significantly higher values of the system throughput even under high user mobility. Motivated by the comparison between the correlated and statistical based resource allocation schemes, a strategy is then proposed which leads to a good tradeoff between overhead consumption and fairness as well as throughput when the presence of a CAC unit is considered. In OFDMA networks, the design of efficient CAC schemes also relies on the user CSI. The presence of a CAC unit needs to be considered when designing practical resource allocation schemes for BWA networks that support multiple service classes as it can guarantee fairness amongst them. In this thesis, a novel mechanism for CAC is developed which is based on the user channel gains and the cost of each service. This scheme divides the available bandwidth in accordance with a complete partitioning structure which allocates each service class an amount of non-overlapping bandwidth resource. In summary, the research results presented in this thesis contribute to the development of practical radio resource management schemes for BWA networks

Mobile and Wireless Communications

Mobile and Wireless Communications have been one of the major revolutions of the late twentieth century. We are witnessing a very fast growth in these technologies where mobile and wireless communications have become so ubiquitous in our society and indispensable for our daily lives. The relentless demand for higher data rates with better quality of services to comply with state-of-the art applications has revolutionized the wireless communication field and led to the emergence of new technologies such as Bluetooth, WiFi, Wimax, Ultra wideband, OFDMA. Moreover, the market tendency confirms that this revolution is not ready to stop in the foreseen future. Mobile and wireless communications applications cover diverse areas including entertainment, industrialist, biomedical, medicine, safety and security, and others, which definitely are improving our daily life. Wireless communication network is a multidisciplinary field addressing different aspects raging from theoretical analysis, system architecture design, and hardware and software implementations. While different new applications are requiring higher data rates and better quality of service and prolonging the mobile battery life, new development and advanced research studies and systems and circuits designs are necessary to keep pace with the market requirements. This book covers the most advanced research and development topics in mobile and wireless communication networks. It is divided into two parts with a total of thirty-four stand-alone chapters covering various areas of wireless communications of special topics including: physical layer and network layer, access methods and scheduling, techniques and technologies, antenna and amplifier design, integrated circuit design, applications and systems. These chapters present advanced novel and cutting-edge results and development related to wireless communication offering the readers the opportunity to enrich their knowledge in specific topics as well as to explore the whole field of rapidly emerging mobile and wireless networks. We hope that this book will be useful for students, researchers and practitioners in their research studies

Convergence of packet communications over the evolved mobile networks; signal processing and protocol performance

In this thesis, the convergence of packet communications over the evolved mobile networks is studied. The Long Term Evolution (LTE) process is dominating the Third Generation Partnership Project (3GPP) in order to bring technologies to the markets in the spirit of continuous innovation. The global markets of mobile information services are growing towards the Mobile Information Society. The thesis begins with the principles and theories of the multiple-access transmission schemes, transmitter receiver techniques and signal processing algorithms. Next, packet communications and Internet protocols are referred from the IETF standards with the characteristics of mobile communications in the focus. The mobile network architecture and protocols bind together the evolved packet system of Internet communications to the radio access network technologies. Specifics of the traffic models are shortly visited for their statistical meaning in the radio performance analysis. Radio resource management algorithms and protocols, also procedures, are covered addressing their relevance for the system performance. Throughout these Chapters, the commonalities and differentiators of the WCDMA, WCDMA/HSPA and LTE are covered. The main outcome of the thesis is the performance analysis of the LTE technology beginning from the early discoveries to the analysis of various system features and finally converging to an extensive system analysis campaign. The system performance is analysed with the characteristics of voice over the Internet and best effort traffic of the Internet. These traffic classes represent the majority of the mobile traffic in the converged packet networks, and yet they are simple enough for a fair and generic analysis of technologies. The thesis consists of publications and inventions created by the author that proposed several improvements to the 3G technologies towards the LTE. In the system analysis, the LTE showed by the factor of at least 2.5 to 3 times higher system measures compared to the WCDMA/HSPA reference. The WCDMA/HSPA networks are currently available with over 400 million subscribers and showing increasing growth, in the meanwhile the first LTE roll-outs are scheduled to begin in 2010. Sophisticated 3G LTE mobile devices are expected to appear fluently for all consumer segments in the following years

The strategies associated with the migration of networks to 4G

The networks need to provide higher speeds than those offered today. For it, considering that in the spectrum radio technologies is the scarcest resource in the development of these technologies and the new developments is essential to maximize the performance of bits per hertz transmitted. Long Term Evolution optimize spectral efficiency modulations with new air interface, and more advanced algorithms radius. These capabilities is the fact that LTE is an IPbased technology that enables end-to-end offer high transmission rates per user and very low latency, ie delay in the response times of the network around only 10 milliseconds, so you can offer any realtime application. LTE is the latest standard in mobile network technology and 3GPP ensure competitiveness in the future, may be considered a technology bridge between 3G networks - current 3.5G and future 4G networks, which are expected to reach speeds of up to 1G . LTE operators provide a simplified architecture but both robust, supporting services on IP technology. The objectives to be achieved through its implementation are ambitious, first users have a wide range of added services like capabilities that currently enjoys with residential broadband access at competitive prices, while the operator will have a network fully IP-based environment, reducing the complexity and cost of the same, which will give operators the opportunity to migrate to LTE directly. A major advantage of LTE is its ability to fuse with existing networks, ensuring interconnection with the same, increasing his current coverage and allowing a data connection established by a user in the environment continue when fade the coverage LTE. Moreover, the operator has the advantage of deploying network gradually, starting initially at areas of high demand for broadband services and expand progressively in line with this. RESUMEN. Las redes necesitan proporcionar velocidades mayores a las ofertadas a día de hoy. Para ello, teniendo en cuenta que en tecnologías radio el espectro es el recurso más escaso, en la evolución de estas tecnologías y en los nuevos desarrollos es esencial maximizar el rendimiento de bits por hercio transmitido. Long Term Evolution optimiza la eficiencia espectral con nuevas modulaciones en la interfaz aire, así como los algoritmos radio más avanzado. A estas capacidades se suma el hecho de que LTE es una tecnología basada en IP de extremo a extremo que permite ofrecer altas velocidades de transmisión por usuario y latencias muy bajas, es decir, retardos en los tiempos de respuesta de la red en torno a sólo 10 milisegundos, por lo que permite ofrecer cualquier tipo de aplicación en tiempo real. LTE es el último estándar en tecnología de redes móviles y asegurará la competitividad de 3GPP en el futuro, pudiendo ser considerada una tecnología puente entre las redes 3G – 3.5G actuales y las futuras redes 4G, de las que se esperan alcanzar velocidades de hasta 1G. LTE proporcionará a las operadoras una arquitectura simplificada pero robusta a la vez, soportando servicios sobre tecnología IP. Los objetivos que se persiguen con su implantación son ambiciosos, por una parte los usuarios dispondrá de una amplia oferta de servicios añadidos con capacidades similares a las que disfruta actualmente con accesos a banda ancha residencial y a precios competitivos, mientras que el operador dispondrá de una red basada en entorno totalmente IP, reduciendo la complejidad y el costo de la misma, lo que dará a las operadoras la oportunidad de migrar a LTE directamente. Una gran ventaja de LTE es su capacidad para fusionarse con las redes existentes, asegurando la interconexión con las mismas, aumentando su actual cobertura y permitiendo que una conexión de datos establecida por un usuario en el entorno LTE continúe cuando la cobertura LTE se desvanezca. Por otra parte el operador tiene la ventaja de desplegar la red LTE de forma gradual, comenzando inicialmente por las áreas de gran demanda de servicios de banda ancha y ampliarla progresivamente en función de ésta

Transmission optimization schemes for multicarrier CDMA systems.

Hu Fan.Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2005.Includes bibliographical references (leaves 77-81).Abstracts in English and Chinese.Acknowledgement --- p.iAbstract --- p.iiChapter 1 --- Introduction --- p.1Chapter 1.1 --- Evolution of Mobile Communications --- p.1Chapter 1.2 --- Overview of Multicarrier Systems --- p.3Chapter 1.3 --- Outline of This Thesis --- p.5Chapter 2 --- Multicarrier Communication Systems --- p.7Chapter 2.1 --- Introduction --- p.7Chapter 2.2 --- Multicarrier Modulation (MCM) Scheme versus Single Carrier Modulation (SCM) Scheme --- p.8Chapter 2.3 --- Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) Systems --- p.12Chapter 2.4 --- Multicarrier CDMA --- p.16Chapter 2.4.1 --- MC-CDMA --- p.17Chapter 2.4.2 --- MC-DS-CDMA --- p.18Chapter 2.4.3 --- MT-CDMA --- p.19Chapter 3 --- Optimization for MC-CDMA Systems --- p.22Chapter 3.1 --- System Model --- p.22Chapter 3.2 --- Optimization with Normalized Power --- p.27Chapter 3.2.1 --- Transmission Time Minimization --- p.27Chapter 3.2.2 --- Throughput Maximization --- p.32Chapter 3.2.3 --- Performance --- p.33Chapter 3.3 --- Mathematical Programming --- p.36Chapter 3.3.1 --- Nonlinear Programming --- p.37Chapter 3.3.2 --- Convex Programming --- p.39Chapter 3.4 --- Optimization with Power Allocation --- p.42Chapter 3.4.1 --- Transmission Time Minimization with Power Allocation --- p.42Chapter 3.4.2 --- Throughput Maximization with Power Allocation --- p.43Chapter 3.4.3 --- Power Minimization --- p.44Chapter 3.5 --- Long-range Optimization --- p.45Chapter 3.5.1 --- Long-range Transmission Time Minimization --- p.46Chapter 3.5.2 --- Long-range Throughput Maximization --- p.50Chapter 3.5.3 --- Long-range Power Minimization --- p.51Chapter 3.5.4 --- Performance --- p.53Chapter 4 --- Joint Scheduling and Resource Allocation --- p.58Chapter 4.1 --- Queueing Model --- p.58Chapter 4.2 --- Problem Formulation --- p.62Chapter 4.3 --- Suboptimal Algorithm --- p.64Chapter 4.4 --- Performance --- p.69Chapter A --- Convexity Proof of Problem (3.32) --- p.73Chapter B --- Convexity Proof of Problem (3.36) --- p.75Bibliography --- p.7

Cell sectoring for CDMA cellular systems.

Shen Fangzhong.Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2002.Includes bibliographical references (leaves 55-57).Abstracts in English and Chinese.Abstract --- p.iAcknowledgements --- p.iiiList of Figures --- p.viList of Tables --- p.ixChapter Chapter 1. --- Introduction --- p.1Chapter 1.1. --- Motivation --- p.1Chapter 1.2. --- Related Work --- p.2Chapter 1.3. --- Our Work --- p.2Chapter 1.4. --- Some Assumptions --- p.2Chapter 1.4.1. --- Beamforming --- p.2Chapter 1.4.2. --- Downlink Channel --- p.2Chapter 1.4.3. --- Single Cell --- p.3Chapter 1.5. --- Thesis Road Map --- p.3Chapter Chapter 2. --- Preliminaries of Cell Sectoring --- p.4Chapter 2.1. --- Introduction --- p.4Chapter 2.2. --- Beamforming --- p.4Chapter 2.2.1. --- Linear Array --- p.5Chapter 2.2.2. --- Circular Array --- p.8Chapter 2.2.3. --- Butler Beamforming Network --- p.9Chapter 2.2.4. --- Dynamic Beamforming --- p.10Chapter 2.3. --- Power Control --- p.16Chapter Chapter 3. --- Dynamic Cell Sectoring --- p.19Chapter 3.1. --- Introduction --- p.19Chapter 3.2. --- Minimum Total Transmission Power sectoring --- p.21Chapter 3.2.1. --- Problem Statement --- p.21Chapter 3.2.2. --- Shortest Path Problem Formulation --- p.23Chapter 3.2.3. --- Shortest Path Algorithm and Complexity --- p.26Chapter 3.2.4. --- Graph Reduction --- p.28Chapter 3.2.5. --- Example --- p.30Chapter 3.3. --- Power Equalization Sectoring --- p.33Chapter 3.3.1. --- Relationship Between MinTTP Sectoring and PE Sectoring --- p.33Chapter 3.3.2. --- Power Equalization Sectoring Algorithm --- p.36Chapter 3.4. --- Numerical Results --- p.37Appendix --- p.44Chapter Chapter 4. --- Resectoring Algorithms --- p.46Chapter 4.1. --- Introduction --- p.46Chapter 4.2. --- Nyquist Sampling Theorem --- p.47Chapter 4.3. --- MinTTP Resectoring --- p.47Chapter 4.4. --- PE Resectoring --- p.43Chapter 4.5. --- Handoff --- p.48Chapter 4.5.1. --- Handoff Load --- p.49Chapter 4.6. --- Performance --- p.49Chapter Chapter 5. --- Conclusion and Future Work --- p.53Chapter 5.1. --- Thesis Summary --- p.53Chapter 5.2. --- Future Work --- p.54Bibliography --- p.5