Experience based dynamic inter-cellular bandwidth sharing for LTE OFDMA networks

Abstract

Son yıllarda telekomünikasyon sistemlerinde meydana gelen gelişmeler yeni taleplerin ortaya çıkmasına sebep olmuştur. Kablosuz haberleşme sistemi kullanıcıları için, veri aktarım hızı ve veri paylaşımı en önemli konular haline gelmiştir. Her geçen gün yaşanan teknolojik gelişmeler sayesinde veri aktarım hızı öngörülemeyen boyutlara ulaşmıştır. Kullanıcıların talepleri ve frekans spektrumundaki sınırlamalar göz önünde bulundurulduğunda, kaynak tahsisinin etkisi, kaynakların dağıtımı ve mevcut kaynakların etkin kullanımının önemini açıkça anlayabiliyoruz. Bununla birlikte, bilim insanları hücre içinde meydana gelen parazitlerden kaçınmak istiyorlar. Bu nedenle, LTE (Long term evolution – Uzun vadeli evrim) sistemlerinde kullanılan OFDMA (orthogonal frequency division multiple access - dikey frekans bölmeli çoklayıcı erişimi) yöntemi ile birbirlerine dik alt taşıyıcılar kullanarak hücre içi girişimleri en aza indirebilmektedir. Ancak, hücreler arası girişim, hücresel sistemlerin uydu yeri bağı (downlink) performanslarını sınırlamaktadır. Bu nedenle bu tezde, hücreler arası girişimi en aza indirgeyebilmek için kullanılan çeşitli girişim engelleyici teknikler analiz edilip karşılaştırılmıştır. Bu tekniklerden bir tanesi detaylı olarak incelenmiş ve incelenen bu teknikte birtakım iyileştirmeler yapılmıştır. Bu tekniğin ilk amacı, frekansın yeniden kullanımını sağlayan tekniği geliştirerek, hücreler arası etkileşimi en aza indirmektir. Ayrıca, tüm sistemin veri miktarını ve (SINR) sinyal parazit artı gürültü oranını arttırmayı ve bant genişliğini hücreler arasında dinamik olarak tahsis ederek ve yeniden konumlandırarak hücrelerin aşırı yüklenmesini önlemektir. Önerilen tekniğin son amacı ise, deneyim tabanlı paket planlayıcı olarak adlandırılan (EBPS) ve baz istasyonu planlayıcılarını optimize ederek kullanıcılar arasındaki adaleti sağlayan bir algoritma geliştirmektir. Tezimde yukarıda izah ettiğim amaçları birleştirerek, deneyim tabanlı dinamik yumuşak yeniden frekans kullanımı (EBDSFR) olarak adlandırılan algoritmayı önerdim. Öncelikli olarak, EBDSFR tekniği Reuse-1, Reuse-3, Fractional Frequency Reuse (FFR), ve Soft Frequency Reuse (SFR) teknikleri karşılaştırılmıştır. Daha sonra, önerilen teknik, hücreler arası dinamik bant genişliği adil paylaşımlı (FFRDIBFS) ve hücreler arası dinamik bant genişliği adil paylaşımlı Reuse-3 (Reuse3DIBFS) yöntemler ile karşılaştırılmıştır.

In recent years, developments in telecommunications systems have led to the appearance of new demands. For wireless communication systems users, data transmission speed and data sharing have become the most important issues. Thanks to the technological advancements that have been experienced every day, the data transmission speeds have reached unpredictable dimensions. When considering the users' demands and limitation of the frequency spectrum, it is clearly understood the importance of effective way of resource allocation, resources distribution and efficient use of existing resources. At the same time, scientists want to avoid intra-cell interference. For this reason, orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) in Long Term Evolution (LTE) can minimize intra-cell interference using sub-carriers that are orthogonal to each other. But, inter-cell interference, limits the downlink performance of cellular systems. To minimize inter-cell interference, several interference cancellation techniques have been analyzed and compared. One of these techniques has been analyzed in detailed and some improvements made in this technique. The first objective of this technique is to minimize inter-cell interference by developing the frequency reuse technique. Also, it aims to increase the throughput and signal to interference plus noise ratio (SINR) of the entire setup and prevents the overload of the cells by allocating and reallocating the bandwidth dynamically between the cells. The last target of the proposed technique is to progress a fairness scheduler algorithm among users by optimizing the base station schedulers that is called experience-based packet scheduler (EBPS). Finally, combining all these targets, I proposed the algorithm called Experiment Based Dynamic Soft Frequency Reuse (EBDSFR) in this thesis. First of all, EBDSFR technique has been compared with Reuse-1, Reuse-3, Fractional Frequency Reuse (FFR), and Soft Frequency Reuse (SFR). Secondly, I compared our proposed technique with the Dynamic Inter-cellular Bandwidth Fair Sharing FFR (FFRDIBFS) and Dynamic Inter-cellular Bandwidth Fair Sharing Reuse-3 (Reuse3DIBFS).