Energy saving scheme for multicarrier HSPA + under realistic traffic fluctuation

The final publication is available at Springer via http://dx.doi.org/10.1007/s11036-015-0656-6In the near future, an increase in cellular network density is expected to be one of the main enablers to boost the system capacity. This development will lead to an increase in the network energy consumption. In this context, we propose an energy efficient dynamic scheme for HSDPA + (High Speed Downlink Packet Access-Advanced) systems aggregating several carriers and which adapts dynamically to the network traffic. The scheme evaluates whether node-B deactivation is feasible without compromising the user flow throughput. Furthermore, instead of progressive de-activation of carriers and/or node-B switch-off, we evaluate the approach where feasible combination of inter-site distance and number of carriers is searched to obtain best savings. This is done by also considering the effect of transition delays between network configuration changes. The solution exploits the fact that re-activation of carriers might permit turning off other BSs earlier at relatively higher load than existing policies. Remote electrical downtilt is also considered as a means to maximize the utilization of higher modulation and coding schemes in the extended cells. This approach promises significant energy savings when compared with existing policies - not only for low traffic hours but also for medium load scenarios.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Aspects of capacity enhancement techniques in cellular networks

Frequency spectrum is the scarce resource. From mobile operator’s point of view, efficient utilization of the radio resources is needed while providing maximum coverage, and ensuring good quality of service with minimal infrastructure. In high capacity demanding areas, multilayer networks with multiband and multi radio access technologies are deployed, in order to meet the capacity requirements. In his doctoral thesis, Usman Sheikh has proposed a “Smart Traffic Handling” strategy, which is based on user’s required service type and location. Smart traffic handling scheme efficiently utilizes the different layers of the network, balances the load among them, and improves the system capacity. Power resources at base station are also limited. Usman Sheikh’s proposed “Power Control Scheme for High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) network” improves the cell edge user experience, while maintaining the fairness among the other users in a cell. With the help of a proposed power control scheme, a user far from the base station can also enjoy the better quality of service. Generally, mobile operators use macro cells with wide beam antennas for wider coverage in the cell, but future capacity demands cannot be achieved by using only them. “Higher Order Sectorization” is one possible way to increase the system capacity. Usman Sheikh proposed new network layouts called “Snowflake” and “Flower” tessellations, for 6-sector and 12-sector sites, respectively. These tessellations can be used as a basis for making a nominal network plan for sites with higher order sectorization. These tessellations would be helpful for simulation purposes. Through his work, he has also tried to highlight the importance of deploying “Adaptive MIMO Switching” in Long Term Evolution (LTE) system, the fourth generation of wireless networks. In future, the fifth generation of wireless networks is expected to offer thousand times more capacity compared to LTE. The novel concept of “Single Path Multiple Access (SPMA)” given by Usman Sheikh is a revolutionary idea, and gives a possibility to increase the system capacity by a giant margin. SPMA can be considered as a right step towards 5G technology. Usman Sheikh’s work is of high importance not only from mobile operator’s point of view; rather his contributions to the scientific community will also lead to better user (customer) experience. His work will definitely benefit the mankind in utilizing the limited resources in an optimum and efficient way

Indoor Radio Measurement and Planning for UMTS/HSPDA with Antennas

Over the last decade, mobile communication networks have evolved tremendously with a key focus on providing high speed data services in addition to voice. The third generation of mobile networks in the form of Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) is already offering revolutionary mobile broadband experience to its users by deploying High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) as its packet-data technology. With data speeds up to 14.4 Mbps and ubiquitous mobility, HSDPA is anticipated to become a preferred broadband access medium for end-users via mobile phones, laptops etc. While majority of these end-users are located indoors most of the time, approximately 70-80% of the HSDPA traffic is estimated to originate from inside buildings. Thus for network operators, indoor coverage has become a necessity for technical and business reasons. Macro-cellular (outdoor) to indoor coverage is a natural inexpensive way of providing network coverage inside the buildings. However, it does not guarantee sufficient link quality required for optimal HSDPA operation. On the contrary, deploying a dedicated indoor system may be far too expensive from an operator\u27s point of view. In this thesis, the concept is laid for the understanding of indoor radio wave propagation in a campus building environment which could be used to plan and improve outdoor-to-indoor UMTS/HSDPA radio propagation performance. It will be shown that indoor range performance depends not only on the transmit power of an indoor antenna, but also on the product\u27s response to multipath and obstructions in the environment along the radio propagation path. An extensive measurement campaign will be executed in different indoor environments analogous to easy, medium and hard radio conditions. The effects of walls, ceilings, doors and other obstacles on measurement results would be observed. Chapter one gives a brief introduction to the evolution of UMTS and HSDPA. It goes on to talk about radio wave propagation and some important properties of antennas which must be considered when choosing an antenna for indoor radio propagation. The challenges of in-building network coverage and also the objectives of this thesis are also mentioned in this chapter. The evolution and standardization, network architecture, radio features and most importantly, the radio resource management features of UMTS/HSDPA are given in chapter two. In this chapter, the reason why Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) was specified and selected for 3G (UMTS) systems would be seen. The architecture of the radio access network, interfaces with the radio access network between base stations and radio network controllers (RNC), and the interface between the radio access network and the core network are also described in this chapter. The main features of HSDPA are mentioned at the end of the chapter. In chapter three the principles of the WCDMA air interface, including spreading, Rake reception, signal fading, power control and handovers are introduced. The different types and characteristics of the propagation environments and how they influence radio wave propagation are mentioned. UMTS transport, logical and physical channels are also mentioned, highlighting their significance and relationship in and with the network. Radio network planning for UMTS is discussed in chapter four. The outdoor planning process which includes dimensioning, detailed planning, optimization and monitoring is outlined. Indoor radio planning with distributed antenna systems (DAS), which is the idea and motivation behind this thesis work, is also discussed. The various antennas considered and the antenna that was selected for this thesis experiment was discussed in chapter five. The antenna radiation pattern, directivity, gain and input impedance were the properties of the antenna that were taken into consideration. The importance of the choice of the antenna for any particular type of indoor environment is also mentioned. In chapter six, the design and fabrication of the monopole antennas used for the experimental measurement is mentioned. The procedure for measurement and the equipment used are also discussed. The results gotten from the experiment are finally analyzed and discussed. In this chapter the effect of walls, floors, doors, ceilings and other obstacles on radio wave propagation will be seen. Finally, chapter seven concludes this thesis work and gives some directions for future work

3G migration in Pakistan

The telecommunication industry in Pakistan has come a long way since the country\u27s independence in 1947. The initial era could be fairly termed as the PTCL (Pakistan Telecommunication Company Limited) monopoly, for it was the sole provider of all telecommunication services across the country. It was not until four decades later that the region embarked into the new world of wireless communication, hence ending the decades old PTCL monopoly. By the end of the late 1990\u27s, government support and international investment in the region opened new doors to innovation and better quality, low cost, healthy competition. Wireless licenses for the private sector in the telecommunication industry triggered a promising chain of events that resulted in a drastic change in the telecommunication infrastructure and service profile. The newly introduced wireless (GSM) technology received enormous support from all stakeholders (consumers, regulatory body, and market) and caused a vital boost in Pakistan\u27s economy. Numerous tangential elements had triggered this vital move in the history of telecommunications in Pakistan. Entrepreneurs intended to test the idea of global joint ventures in the East and hence the idea of international business became a reality. The technology had proven to be a great success in the West, while Pakistan\u27s telecom consumer had lived under the shadow of PTCL dominance for decades and needed more flexibility. At last the world was moving from wired to wireless! Analysts termed this move as the beginning of a new era. The investors, telecommunication businesses, and Pakistani treasury prospered. It was a win-win situation for all involved. The learning curve was steep for both operators and consumers but certainly improved over time. In essence, the principle of deploying the right technology in the right market at the right time led to this remarkable success. The industry today stands on the brink of a similar crossroads via transition from second generation to something beyond. With the partial success of 3G in Europe and the USA, the government has announced the release of three 3G licenses by mid 2009. This decision is not yet fully supported by all but still initiated parallel efforts by the operators and the vendors to integrate this next move into their existing infrastructure

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

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