Soft handover issues in radio resource management for 3G WCDMA networks

PhDMobile terminals allow users to access services while on the move. This unique feature has driven the rapid growth in the mobile network industry, changing it from a new technology into a massive industry within less than two decades. Handover is the essential functionality for dealing with the mobility of the mobile users. Compared with the conventional hard handover employed in the GSM mobile networks, the soft handover used in IS-95 and being proposed for 3G has better performance on both link and system level. Previous work on soft handover has led to several algorithms being proposed and extensive research has been conducted on the performance analysis and parameters optimisation of these algorithms. Most of the previous analysis focused on the uplink direction. However, in future mobile networks, the downlink is more likely to be the bottleneck of the system capacity because of the asymmetric nature of new services, such as Internet traffic. In this thesis, an in-depth study of the soft handover effects on the downlink direction of WCDMA networks is carried out, leading to a new method of optimising soft handover for maximising the downlink capacity and a new power control approach

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

Development of resource allocation strategies based on cognitive radio

[no abstract

LTE-3G Inter-Operability Study

In this thesis the author have studied and measured how LTE Release 8 interworks with previous legacy 3G networks in real environmental conditions. At present, LTE technology is deployed based on service hotspots that cover small geographical areas. It is expected that full scale deployment of LTE network will take a considerable time, which also means the mobile users have to primarily depend on legacy 3G and 2G networks for years to come. Therefore, it is important to study the interworking mechanisms between LTE and legacy networks in order to provide seamless mobility and uninterrupted user services in primarily available LTE hotspots. In order to perform this study, field measurements have been carried out in DNA commercial network in outdoor and indoor environments. Initially, cell selection and reselection criteria for inter-RAT mobility in idle condition is mathematically checked and verified. Then, channel conditions are studied and analyzed based on radio parameters like RSRP, RSCP, RSRQ, Ec/No, SNR and CQI when inter-RAT handover is performed. After that, an inter-RAT handover test from LTE towards 3G is studied with the help of signalling message. Next, the impact of inter-RAT handover on KPIs like MAC DL throughput, handover success rate, RTT, handover latency and user plane delay are studied and analyzed. Finally, performance of inter-RAT handover in outdoor and indoor measurement environment is compared based on KPI measurements. From this study, it is found that inter-RAT mobility from LTE towards 3G network is working in both idle and connected modes with 100 percent handover success rate, however, the user experienced network latency around 4 seconds in average. The user experienced degradation in throughput because of decreasing link quality. The user data service interruption is roughly for 3-4 seconds and the RTT value for 32 bytes of data is observed to be around 300 ms in average during handover. It is also found that the impact of inter-RAT handover in indoor environment is higher than outdoor environment based on KPIs results

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

Resource allocation in cellular CDMA systems with cross- layer Optimization

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

Indoor Planning in Broadband Cellular Radio Networks

The capacity requirements of cellular networks continue to grow. This has forced cellular operators to seek new ways of improving the availability and transmission rate experienced by users. The majority of cellular network data users are located inside buildings, where coverage is difficult to ensure due to high penetration loss. Indoor users also cause high load to outdoor networks, reducing the quality and availability for outdoor users. This has given rise to a growing need for implementing dedicated indoor systems, and further optimizing their performance to provide high capacity. It was estimated that in 2011 there were 5.37 billion mobile subscriptions in 3GPP-supported GSM, UMTS/HSPA and LTE networks, of which 890.7 million were using UMTS/HSPA. Currently, UMTS is the leading standard for providing mobile broadband, although LTE is becoming increasingly popular. The planning of radio networks is well known and documented. However, the planning and optimization of indoor networks has not been widely studied, although clear improvements in both coverage and capacity can be achieved by optimizing cell- and antenna line configuration. This thesis considers the special characteristics of the indoor environment with regard to radio propagation and radio network planning. The aspects of radio network planning are highlighted especially for WCDMA radio access technology. The target is to provide guidelines for indoor radio network planning and optimization using an outdoor-to-indoor repeater or a dedicated indoor system with various antenna and cell configurations. The studies conducted here are intended to provide better understanding of the indoor functionality and planning of WCDMA radio access, and UMTS cellular system including the latest HSPA updates. The studies show that the indoor performance of a high data rate WCDMA system can be improved by increasing the antenna density in the distributed antenna system, or by utilizing uplink diversity reception. It is also shown how system capacity can be further improved by adding more indoor cells to a single building. The inter-cell interference is analyzed, and the limits for cell densification are discussed. The results show that compared to dedicated indoor systems, similar indoor performance can be provided by extending macrocellular coverage inside buildings using an outdoor-to-indoor repeater. However, good performance of repeater implementation needs careful repeater antenna line and parameter configuration. Nevertheless, capacity is in any case borrowed from an outdoor mother cell. Sharing frequencies between outdoor and indoor systems is often necessary due to high capacity demand and limited available frequency band. A co-channel indoor system was measured to affect both uplink and downlink performance of an outdoor cell. In the uplink, a clear increase in uplink intercell interference was observed. Throughput degradation was also measured in downlink, but the affect is limited to the area close to the indoor system. However, the added high capacity of an indoor network usually justifies performance degradation. The results can help mobile operators design their networks to provide better coverage, higher capacity and better quality for indoor users. After taking into account the implementation costs, the results also help operators to reach a techno-economic trade-off between the various deployment options

Efficient admission control schemes in cellular IP networks

The rapid growth of real-time multimedia applications over IP (Internet Protocol) networks has made the Quality of Service (QoS) a critical issue. One important factor affecting the QoS in the overall IP networks is the admission control in the fast expanding wireless IP networks. Due to the limitations of wireless bandwidth, wireless IP networks (cellular IP networks in particular) are generally considered to be the bottlenecks of the global IP networks. Admission control is to maintain the QoS level for the services admitted. It determines whether to admit or reject a new call request in the mobile cell based on the availability of the bandwidth. In this thesis, the term “call” is for general IP services including voice calls (VoIP) and the term “wireless IP” is used interchangeably with “cellular IP”, which means “cellular or mobile networks supporting IP applications”. In the wireless IP networks, apart from new calls, there are handoff (handover) calls which are calls moving from one cell to another. The general admission control includes the new call admission control and handoff call admission control. The desired admission control schemes should have the QoS maintained in specified levels and network resources (i.e. bandwidth in this case) are utilised efficiently. The study conducted in this thesis is on reviewing current admission control schemes and developing new schemes. Threshold Access Sharing (TAS) scheme is one of the existing schemes with good performance on general call admission. Our work started with enhancing TAS. We have proposed an improved Threshold Access Sharing (iTAS) scheme with the simplified ratebased borrowing which is an adaptive mechanism. The iTAS aims to lower handoff call dropping probability and to maximise the resource utilisation. The scheme works at the cell level (i.e. it is applied at the base station), on the basis of reserving a fixed amount of bandwidth for handoff calls. Prioritised calls can be admitted by “borrowing” bandwidth from other ongoing calls. Our simulation has shown that the new scheme has outperformed the original TAS in terms of handoff prioritisation and handling, especially for bandwidth adaptive calls. However, in iTAS, the admission decision is made solely based on bandwidth related criteria. All calls of same class are assumed having similar behaviour. In the real situation, many factors can be referred in decision making of the admission control, especially the handoff call handling. We have proposed a novice scheme, which considered multiple criteria with different weights. The total weights are used to make a decision for a handoff. These criteria are hard to be modelled in the traditional admission models. Our simulated result has demonstrated that this scheme yields better performance in terms of handoff call xiv dropping compared with iTAS. We further expand the coverage of the admission control from a cell level to a system level in the hierarchical networks. A new admission control model was built, aiming to optimise bandwidth utilisation by separating the signalling channels and traffic channels in different tiers. In the new model, handoff calls are also prioritised using call classification and admission levels. Calls belonging to a certain class follow a pre-defined admission rule. The admission levels can be adjusted to suit the traffic situation in the system. Our simulated results show that this model works better than the normal 2-tier hierarchical networks in terms of handoff calls. The model settings are adjustable to reflect real situation. Finally we conclude our research and suggest some possible future work

Técnicas com múltiplas antenas distribuídas para sistemas sem fios

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesTransmissão cooperativa, em que uma fonte e um relay cooperam para enviar uma mensagem para o destino, pode proporcionar diversidade espacial contra o desvanecimento nas comunicações sem fios. O objectivo deste projecto é estudar a performance de um sistema de transmissão cooperativo com dois relays equipados com duas antenas, entre o transmissor e o utilizador. Considera-se que a estação base está equipada com duas antenas e o terminal móvel apenas com uma. O sistema cooperativo foi implementado de acordo com as especificações do LTE e avaliado em diversos cenários de propagação, considerando canais com diferentes Relação Sinal Ruído (SNR). Verificou-se que o desempenho do sistema proposto é melhor, quando comparado com o sistema não cooperativo, na maior parte dos cenários estudados.Cooperative transmission, in which a source and relay cooperate to sent a mensage to destination, can provide spatial diversity against fading in wirless telecomunications. The goal of this project is to study the perfomance of a cooperative tranmition systems with two relays equiped with two antennas, between transmitter and user. It is considered that the base station is equipped with two antennas and the mobile terminal with only one. The cooperative system was implemented according to the specifications of the LTE and evaluated at several propagation scenarios, considering channels with diferents Signal to Noise Ratio (SNR). It was found that the perfomance of the proposed system is better when compared with the non-cooperative ones, in most scenarios considered.CODIV/FP7-ICT-200