Usage of link-level performance indicators for HSDPA network-level simulations in E-UMTS

The paper describes integration of HSDPA (high-speed downlink packet access) link-level simulation results into network-level simulations for enhanced UMTS. The link-level simulations model all physical layer features depicted in the 3GPP standards. These include: generation of transport blocks; turbo coding; rate matching; spreading; scrambling; modulation. At the receiver side, all complementary blocks are designed, with soft-decision demodulation, and a turbo decoder using the MAP (maximum a posteriori) algorithm with 8 iterations. An analytical formula is defined that fits the CQI (channel quality indicator) dependent BLER (block error rate) versus E/sub b//N/sub 0/ results in an AWGN channel. This formula models the physical layer in the network-level simulator. A further extension for frequency selective fading channels has been defined. The network-level simulator includes propagation models that provide SNR values. Based on these SNR values and the simplified physical layer model, an algorithm selects the CQI, and determines the actual BLER at time of reception. The rounding down and delaying of the CQI reporting, which corresponds to the W-CDMA standard, has a significant impact on throughput and transfer delay of the HS-DSCH. Some compensation can be found in a modified transmission. The integration of the link-level and network-level simulators gives accurate and realistic results that can be used in more studies that focus on network layer aspects of packet based services over HSDP

Final report on the evaluation of RRM/CRRM algorithms

Deliverable public del projecte EVERESTThis deliverable provides a definition and a complete evaluation of the RRM/CRRM algorithms selected in D11 and D15, and evolved and refined on an iterative process. The evaluation will be carried out by means of simulations using the simulators provided at D07, and D14.Preprin

Optimization of the interoperability and dynamic spectrum management in mobile communications systems beyond 3G

The future wireless ecosystem will heterogeneously integrate a number of overlapped Radio Access Technologies (RATs) through a common platform. A major challenge arising from the heterogeneous network is the Radio Resource Management (RRM) strategy. A Common RRM (CRRM) module is needed in order to provide a step toward network convergence. This work aims at implementing HSDPA and IEEE 802.11e CRRM evaluation tools. Innovative enhancements to IEEE 802.11e have been pursued on the application of cross-layer signaling to improve Quality of Service (QoS) delivery, and provide more efficient usage of radio resources by adapting such parameters as arbitrary interframe spacing, a differentiated backoff procedure and transmission opportunities, as well as acknowledgment policies (where the most advised block size was found to be 12). Besides, the proposed cross-layer algorithm dynamically changes the size of the Arbitration Interframe Space (AIFS) and the Contention Window (CW) duration according to a periodically obtained fairness measure based on the Signal to Interference-plus-Noise Ratio (SINR) and transmission time, a delay constraint and the collision rate of a given machine. The throughput was increased in 2 Mb/s for all the values of the load that have been tested whilst satisfying more users than with the original standard. For the ad hoc mode an analytical model was proposed that allows for investigating collision free communications in a distributed environment. The addition of extra frequency spectrum bands and an integrated CRRM that enables spectrum aggregation was also addressed. RAT selection algorithms allow for determining the gains obtained by using WiFi as a backup network for HSDPA. The proposed RAT selection algorithm is based on the load of each system, without the need for a complex management system. Simulation results show that, in such scenario, for high system loads, exploiting localization while applying load suitability optimization based algorithm, can provide a marginal gain of up to 450 kb/s in the goodput. HSDPA was also studied in the context of cognitive radio, by considering two co-located BSs operating at different frequencies (in the 2 and 5 GHz bands) in the same cell. The system automatically chooses the frequency to serve each user with an optimal General Multi-Band Scheduling (GMBS) algorithm. It was shown that enabling the access to a secondary band, by using the proposed Integrated CRRM (iCRRM), an almost constant gain near 30 % was obtained in the throughput with the proposed optimal solution, compared to a system where users are first allocated in one of the two bands and later not able to handover between the bands. In this context, future cognitive radio scenarios where IEEE 802.11e ad hoc modes will be essential for giving access to the mobile users have been proposed

Measurement techniques enhancements for MIMO 4G mobile communication systems. extension of mode stirred reverberation chambers (MSRCs) emulation capabilities

[ENG] Mobile communications have experienced a brutal raise over the past 15 years. What started as a voice communication system (GSM or 2G) has finished yet as a data communication system of any kind, which in some cases has come to replace the conventional cabled data access infrastructure. This change in the use given to mobile devices necessarily entails a change in the underlying technology, which should be capable to provide the transmission speeds that these new applications require. This has emerged in recent years an increasing interest in multiple antenna techniques, usually referred as multiple-input multiple-output (MIMO) techniques, as they increase the spectral efficiency (and thus the transmission rate for a given bandwidth) of wireless systems. In this thesis, some of the factors limiting the ideal advantages of these multiantenna techniques are studied, in order to quantify the differences between the ideal behavior of 4G devices and behavior that users will experience in actual use conditions. The effect that the user has on the final performance of the devices is one of the main limitations that these devices are in daily use. Mobile phones are used almost all the time in the vicinity of the user, causing a decrease in the richness of the multipath electromagnetic environment (and thus a reduction of the MIMO benefits). As a result of this reduction, the number of signal paths that reach the user is also reduced. In this thesis both factors (user influence and influence of the number of signal paths) will be studied both for passive devices (antenna prototypes) and active devices (commercial phones). The second part of this thesis consist on the study of how to transfer some of these factors reducing the isotropicity of the environment, to one of the most promising measurement techniques, as it is the mode-stirred reverberation chamber (MSRC). This technique emulates naturally an isotropic rich multipath environment with the signal strength following a Rayleigh distribution. However, in this thesis two new techniques are proposed that allow the emulation of less isotropic environments without altering the basic operating principle of the MSRC. [SPA] Las comunicaciones móviles han experimentado un aumento brutal en los últimos 15 años. Lo que comenzó como un sistema de comunicación de voz (GSM o 2G) ha terminado todavía como un sistema de comunicación de datos de cualquier tipo, que en algunos casos ha llegado a sustituir la infraestructura de cableado convencional de acceso a datos. Este cambio en el uso que se da a los dispositivos móviles implica necesariamente un cambio en la tecnología subyacente, que debe ser capaz de proporcionar las velocidades de transmisión que estas nuevas aplicaciones requieren. Esto se ha convertido en los últimos años un creciente interés en las técnicas de múltiples antenas, normalmente se conoce como técnicas de múltiple entrada y múltiple salida (MIMO), ya que aumentan la eficiencia espectral (y por lo tanto la velocidad de transmisión para un ancho de banda dado) de los sistemas inalámbricos. En esta tesis, algunos de los factores que limitan las ventajas ideales de estas técnicas de múltiples antenas son estudiados, con el fin de cuantificar las diferencias entre el comportamiento ideal de dispositivos 4G y comportamiento que los usuarios experimentarán en condiciones reales de uso. El efecto que el usuario tiene sobre el rendimiento final de los dispositivos es una de las principales limitaciones que estos dispositivos son de uso diario. Los teléfonos móviles se utilizan en casi todo el tiempo en la proximidad del usuario, causando una disminución en la riqueza del entorno electromagnético trayectos múltiples (y por tanto una reducción de los beneficios MIMO). Como resultado de esta reducción, el número de trayectorias de señal que llegan al usuario también se reduce. En esta tesis ambos factores (la influencia del usuario y la influencia del número de caminos de señal) se estudió tanto para dispositivos pasivos (prototipos de antenas) y los dispositivos activos (los teléfonos comerciales). La segunda parte de esta tesis consisten en el estudio de cómo transferir algunos de estos factores que reducen la isotropicity del medio ambiente, a una de las técnicas de medición más prometedores, como es la cámara de agitación de modos (MSRC). Esta técnica emula naturalmente un entorno isotrópico multipath rico con la intensidad de la señal después de una distribución de Rayleigh. Sin embargo, en esta tesis, dos nuevas técnicas que se proponen permitir la emulación de entornos isotrópicos menos sin alterar el principio de funcionamiento básico del MSRC.Universidad Politécnica de Cartagen

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

A methodology for obtaining More Realistic Cross-Layer QoS Measurements in mobile networks: A VoIP over LTE Use Case

Los servicios de voz han sido durante mucho tiempo la primera fuente de ingresos para los operadores móviles. Incluso con el protagonismo creciente del tráfico de datos, los servicios de voz seguirán jugando un papel importante y no desaparecerán con la transición a redes basadas en el protocolo IP. Por otra parte, hace años que los principales actores en la industria móvil detectaron claramente que los usuarios no aceptarían una degradación en la calidad de los servicios de voz. Es por esto que resulta crítico garantizar la experiencia de usuario (QoE) en la transición a redes de nueva generación basadas en conmutación de paquetes. El trabajo realizado durante esta tesis ha buscado analizar el comportamiento y las dependencias de los diferentes servicios de Voz sobre IP (VoIP), así como identificar configuraciones óptimas, mejoras potenciales y metodologías que permitan asegurar niveles de calidad aceptables al mismo tiempo que se trate de minimizar los costes. La caracterización del rendimiento del tráfico de datos en redes móviles desde el punto de vista de los usuarios finales es un proceso costoso que implica la monitorización y análisis de un amplio rango de protocolos y parámetros con complejas dependencias. Para abordar desde la raíz este problema, se requiere realizar medidas que relacionen y correlen el comportamiento de las diferentes capas. La metodología de caracterización propuesta en esta tesis proporciona la posibilidad de recoger información clave para la resolución de problemas en las comunicaciones IP, relaciolándola con efectos asociados a la propagación radio, como cambios de celda o pérdida de enlaces, o con carga de la red y limitaciones de recursos en zonas geográficas específicas. Dicha metodología se sustenta en la utilización de herramientas nativas de monitorización y registro de información en smartphones, y la aplicación de cadenas de herramientas para la experimentación extensiva tanto en redes reales y como en entornos de prueba controlados. Con los resultados proporcionados por esta serie de herramientas, tanto operadores móviles y proveedores de servicio como desarrolladores móviles podrían ganar acceso a información sobre la experiencia real del usuario y sobre cómo mejorar la cobertura, optimizar los servicios y adaptar el funcionamiento de las aplicaciones y el uso de protocolos móviles basados en IP en este contexto. Las principales contribuciones de las herramientas y métodos introducidos en esta tesis son los siguientes: - Una herramienta de monitorización multicapa para smartphones Android, llamada TestelDroid, que permite la captura de indicadores clave de rendimiento desde el propio equipo de usuario. Asimismo proporciona la capacidad de generar tráfico de forma activa y de verificar el estado de alcanzabilidad del terminal, realizando pruebas de conectividad. - Una metodología de post-procesado para correlar la información presente en las diferentes capas de las medidas realizadas. De igual forma, se proporciona la opción a los usuarios de acceder directamente a la información sobre el tráfico IP y las medidas radio y de aplicar metodologías propias para la obtención de métricas. - Se ha realizado la aplicación de la metodología y de las herramientas usando como caso de uso el estudio y evaluación del rendimiento de las comunicaciones basadas en IP a bordo de trenes de alta velocidad. - Se ha contribuido a la creación de un entorno de prueba realista y altamente configurable para la realización de experimentos avanzados sobre LTE. - Se han detectado posibles sinergias en la utilización de instrumentación avanzada de I+D en el campo de las comunicaciones móviles, tanto para la enseñanza como para la investigación en un entorno universitario