Joint frequency/power update algorithms for self-organizingfemtocell networks

Abstract

Hızla yükselen veri talebini karşılamak için başvurulan yöntemler arasında heterojen ağlar önemli bir yer tutmaktadır. Heterojen ağların en küçük üyeleri olan femto baz istasyonları, ev ve ofis gibi kapalı yerlerdeki servis kalitesini artırmaya yönelik büyük bir potansiyel arz ederler. Femto hücrelerin kurulumu kullanıcılar tarafından plansız bir şekilde yapıldığından, femto hücre ağlarının yoğun ve bilinmeyen bir topolojiye sahip olması kaçınılmaz hale gelmektedir. Bu nedenle, femto hücrelerin kaynak atama işlemini özörgütlemeli bir şekilde yapması gerekmektedir. Tez kapsamında ilk olarak, genel kablosuz haberleşme ağlarında kullanıma uygun bir güç kontrol algoritması önerilmiştir. Bu algoritma, literatürde iyi bilinen bir güç kontrol algoritmasına alternatif olarak ortaya konulmuştur. Devamında, önerilen bu algoritma ve literatürden alınan onaylaşım temelli bir başka güç kontrol algoritmasının çoklu kullanıcılara sahip baz istasyonlarından oluşan OFDMA tabanlı femto hücre ağları için uyarlanması sonucu iki güç kontrol algoritması geliştirilmiştir. Geliştirilen bu algoritmalar erişilebilir en yüksek SINR değerini artıran bir frekans atama kuralıyla birleştirilmiş ve iki farklı tümleşik frekans/güç atama algoritması elde edilmiştir. Tez kapsamında önerilen algoritmaların yakınsama ve optimalite analizleri yapılmış, yapılan kuramsal sonuçlar benzetim çalışmalarıyla desteklenmiştir.

Heterogenous networks are resorted as one of the most promising ways for meeting the rapidly increasing data demand. As the smallest members of heterogenous networks, femto base stations also carry a huge potential for increasing the service quality in indoor areas. However, their unplanned deployment by the end users increases the possibility of having dense femtocell networks with unknown topologies. Therefore, self–organizing methods have great importance in resource allocation of femtocell networks. In this thesis, power and frequency allocation problems are studied for OFDMA femtocell networks. First, we present a power update algorithm for the general wireless networks as an alternative for a well known power control algorithm from the literature. Then, this algorithm and another power control algorithm from the literature are extended for the OFDMA femtocell networks. As opposed to the previous versions, which are applicable only in networks where each base station can have at most one user, the extended algorithms can be used by base stations that have more than one user. Additionally, a frequency allocation scheme is developed in order to increase the maximum achievable SINR in femtocell networks. Furthermore, by merging this scheme with the proposed power update algorithms, we present two joint frequency/power update algorithms with increased performance. Convergence and optimality analyses of all the proposed algorithms are carried out and illustrated with numerical results.