Analysis of hidden node problem in LTE networks deployed in unlicensed spectrum

LTE operation in the unlicensed spectrum based on Licensed-Assisted Access (LAA) is being considered as an option to increase the capacity of 4G/5G wireless networks. This solution allows the eNodeB to contend with other nodes by accessing the shared medium and, through carrier aggregation (CA), to use both licensed and unlicensed bands to deliver best effort services. Nevertheless, the hidden node problem over shared medium access networks is an obstacle that must be addressed in order to reduce or avoid performance degradation problems. The metrics associated to LAA reflect the behavior of a node facing collisions. A better understanding of these metrics can help to identify nodes affected by hidden terminals, making it possible to take smart decisions about the continuity of a node on the unlicensed band, resulting in an improved network performance. In this paper, we first study the Channel Quality Indicator (CQI), Reference Signal Received Power (RSRP) and Reference Signal Received Quality (RSRQ) metrics on the context of LAA for a User Equipment (UE) that is facing different levels of interference. Then, a combination of the above metrics is used in order to develop an algorithm for collision detection. Finally, the performance of the algorithm is evaluated using a simulation tool under realistic channel conditions. The results show that is feasible to detect, with an adequate accuracy level, if a node is affected by collisions and subsequently if this node is located in hidden area. This is demonstrated with different levels of interference, realistic channel conditions and users in movement inside the hidden area

Caracterización de un canal "indoor" como resultado de medidas en banda estrecha a 1.6 ghz

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Provisión de Calidad de Servicio en Redes Móviles Ad Hoc Basada en el Diseño Cross-layer de Algoritmos de Encaminamiento

Resumen: Las redes móviles ad hoc se caracterizan por su autosuficiencia, gracias a la descentralización de las capacidades funcionales de los terminales, constituyendo así una alternativa tecnológica para nuevos escenarios de aplicación, resolviendo el despliegue de redes donde resulta inviable el establecimiento de una infraestructura. El encaminamiento, responsable del establecimiento de rutas multisalto, y la gestión de recursos realizada por el nivel de acceso al medio, son especialmente relevantes a la hora de definir los criterios de admisión en este entorno cooperativo. El objetivo de esta tesis es la propuesta y evaluación de un encaminamiento con calidad de servicio basado en un diseño cross-layer sustentado en la cooperación entre el encaminamiento y el nivel de acceso al medio. Se pretende así diseñar un mecanismo de control de admisión distribuido que garantice la provisión de la calidad de servicio extremo a extremo adaptándose al dinamismo de las redes móviles ad hoc. Abstract: Mobile ad hoc networks are characterized by the self-organizing capacity provided by the decentralization of the terminals functionalities, which turns them into a technological alternative for new scenarios of application, solving the deployment of networks where it is difficulty to establish a net-infrastructure. Routing, responsible of establishing multihop routes, and resource management performed by the medium access control level, are especially relevant in order to define the admission criteria. In this context, the main goal of this thesis is the proposal and evaluation of a quality of service routing based on a cross-layer design supported by the cooperation with the medium access layer. Therefore, it is intended to design a distributed admission control mechanism capable of guaranteeing end to end quality of service provision with an appropriate adaptation to the dynamism of mobile ad hoc networks

Contribución al diseño optimizado de sistemas de posicionamiento Ultra-Wideband e integración en redes y servicios móviles

La tecnología Ultra-Wideband (UWB) se está posicionando en los últimos años como una de las más prometedoras de cara al despliegue de sistemas de localización en interiores. Su gran ancho de banda conlleva una alta resolución temporal, lo que permite estimar el tiempo de llegada de una señal y con ello la distancia entre dos dispositivos con una elevada precisión. El diseño de algoritmos para la estimación de distancias y para el cálculo de la posición en base a las distancias estimadas ha centrado un gran esfuerzo investigador en los últimos años. No obstante, en general estos estudios se centran casi exclusivamente en la optimización de los algoritmos, eludiendo aspectos prácticos como el diseño de la arquitectura funcional, el procedimiento de envío de la información asociada entre los distintos elementos del sistema o el consumo de recursos asociado al servicio de posicionamiento. Por otra parte, aunque existen algunos sistemas de localización basados en UWB en el mercado, éstos utilizan UWB únicamente para la estimación de distancias, realizándose la comunicación entre los distintos elementos del sistema mediante otras tecnologías, generalmente cableadas. Sin embargo, la evolución futura tiende hacia el diseño de sistemas UWB que combinan transmisión de datos y localización (por ejemplo, en el marco del estándar IEEE 802.15.4), con el objetivo de ganar flexibilidad en el despliegue y reducir los costes y complejidad de estos sistemas. En este escenario está todavía más claro que la precisión no será el único criterio para evaluar el sistema de localización, sino también la cantidad de recursos utilizados, ya que va a tener un impacto en la capacidad de transmisión y localización del sistema. En este contexto, esta tesis contribuye al desarrollo global de nuevos sistemas de posicionamiento basados en UWB, incorporando todos los aspectos mencionados anteriormente: desde la estimación de las distancias y posiciones hasta el impacto de la arquitectura funcional del sistema y de los correspondientes procedimientos de intercambio de señalización y mapeado de la misma sobre los recursos disponibles. Además de la aplicación directa de los sistemas de localización para el despliegue de servicios de posicionamiento en sectores como el industrial, sanitario o de ocio, las redes 3G/4G, y en particular sistemas como LTE-Advanced o UMTS, plantean como objetivos avanzados el soporte extensivo de servicios de posicionamiento, con el propósito de mejorar los servicios ofrecidos a los usuarios, e incluso mejorar la gestión de recursos de la propia red, estando estas áreas de investigación en auge en los últimos años. En esta tesis se analizan las potenciales aplicaciones del conocimiento de la localización en la mejora de los servicios ofrecidos a los usuarios y de la gestión de los recursos radio. Sin embargo, la integración de UWB con otras tecnologías radio exige garantizar la coexistencia libre de interferencias. Ello ha sido objeto de múltiples estudios y ha resultado en una normativa restrictiva por parte de los organismos reguladores, aunque en algunos casos, como la colocación de UWB y otra tecnología en un mismo dispositivo, es necesario realizar estudios adicionales. En la presente tesis se analiza tanto el marco regulatorio de UWB como la coexistencia con otras tecnologías radio, complementando los estudios existentes en la literatura con estudios propios relativos a las tecnologías que presentan un mayor interés, con especial atención a UMTS como tecnología de acceso a servicios basados en localización

Capacity Analysis and Call Admission Techniques for CDMA Packet Transmission Systems

Abstract-- In this paper, a capacity analysis in order to set an effective threshold for connection admission control (CAC) associated to the reverse link of a multimedia wireless communication system using CDMA has been developed. Packet transmission has been considered for both real time and non real time services. A centralized demand assignment algorithm has been implemented in order to provide QoS. Performance in a multicell scenario and in time variant wireless channel conditions has been evaluated considering channel-stated scheduling algorithms. Results obtained from packet level have provided useful information in order to induce capacity bound in a multiservice system. Delay constraints associated to individual traffic classes have been included in our analysis in order to set a more accurate threshold of CAC. 1

Contribución al desarrollo de protocolos de acceso al Medio (MAC) en redes inalámbricas "ad hoc" multiservicio

La provisión de calidad de servicio (QoS) en redes inalámbricas ad hoc requiere el soporte de mecanismos de acceso al medio para gestionar eficientemente el acceso al sistema y conseguir un elevado reúso de los recursos. El estándar IEEE 802.11 es el protocolo de acceso al medio más utilizado en este contexto. Su principal ventaja, la sencillez, es a su vez la principal limitación para proporcionar QoS. El objetivo de esta tesis es el diseño y evaluación de un protocolo de acceso al medio que permita resolver las principales limitaciones de las propuestas existentes. Para ello, se ha diseñado una estructura TDMA consistente en una subtrama de control y una subtrama de datos, sobre la que se han incluido mecanismos de reserva de recursos y diferenciación de servicios. La propuesta se ha evaluado bajo un modelo de propagación realista, que incluye desvanecimientos multicamino e interferencia del resto de usuarios

Contribución a la detección y análisis del impacto del problema de terminal oculto en despliegues de redes 4G en bandas no licenciadas

El crecimiento exponencial que el tráfico de datos móviles tiene en la actualidad y con igual pronóstico para el futuro, ha motivado a los operadores móviles a considerar el uso del espectro no licenciado para solventar la necesidad de mayor capacidad, en especial en ambientes indoor de las redes inalámbricas. En este sentido, el 3GPP ha estandarizado el uso de LTE en la banda no licenciada de 5GHz, en la que los operadores móviles pueden expandir la capacidad de sus redes en una forma rentable, eficiente y de fácil implementación. El uso eficiente del espectro libre representa el principal reto que la industria aún tiene que solventar para una efectiva integración entre las bandas licenciada y la no licenciada cuando LTE adquiere la capacidad de transmitir en el espectro no licenciado. Además, esta entrada ha generado la preocupación de los vendedores y administradores de las redes Wi-Fi, quienes han empleado la banda libre por varios años, ante la posibilidad de verse afectados por un comportamiento injusto de LTE en el espectro libre. Por este motivo la 3GPP, estandariza un nuevo método de acceso al medio para LTE, el cual trabaja en forma similar al empleado por Wi-Fi, lo que permitiría una coexistencia justa entre estos dos actores tecnológicos. Sin embargo, el uso de este nuevo método de acceso por parte de LTE conlleva que esta tecnología debe lidiar con los mismos problemas que las redes de espectro compartido tienen en relación a gestión de interferencias y originará nuevos desafíos en el escenario de coexistencia con otras redes en el contexto de la presencia de terminales ocultos.Son estos problemas los que son abordados en esta tesis, en donde se plantea varios escenarios de coexistencia entre LTE en banda no licenciada y Wi-Fi considerando la presencia de nodos ocultos. En este sentido se analiza cuáles son los efectos que la presencia de nodos ocultos puede originar sobre las redes LTE y Wi-Fi, se estudia un conjunto de métricas asociados al estándar LTE que permitan la identificación de las interferencias provenientes de nodos ocultos. Y, finalmente, se proponen diferentes algoritmos que permitan la detección de qué equipos de usuarios están siendo afectados por la presencia de terminales ocultos en forma independiente de la tecnología asociada a la fuente de interferencia en escenarios sin coordinación.<br /