Improving LTE network performance after CDMA2000 to LTE migration

Abstract

CDMA2000 technology has been widely used on 450 MHz band. Recently the equipment availability and improved performance offered by LTE has started driving the operators to migrate their networks from CDMA2000 to LTE. The migration may cause the network performance to be in suboptimal state.

This thesis presents four methods to positively influence LTE network performance after CDMA2000 to LTE migration, especially on 450 MHz band. Furthermore, three of the four presented methods are evaluated in a live network. The measured three methods were cyclic prefix length, handover parameter optimization and uplink coordinated multipoint (CoMP) transmission. The objective was to determine the effectiveness of each method. The research methods included field measurements and network KPI collection.

The results show that normal cyclic prefix length is enough for LTE450 although the cell radius may be up to 50km. Only special cases exist where cyclic prefix should be extended. Operators should consider solving such problems individually instead of widely implementing extended cyclic prefix.

Handover parameter optimization turned out to be an important point of attention after CDMA2000 to LTE migration. It was observed that if the handover parameters are not concerned, significant amount of unnecessary handovers may happen. It was evaluated that about 50% of the handovers in the network were unnecessary in the initial situation. By adjusting the handover parameter values 47,28 % of the handovers per user were removed and no negative effects were detected.

Coordinated multipoint transmission has been widely discussed to be an effective way to improve LTE network performance, especially at the cell edges. Many challenges must be overcome before it can be applied to downlink. Also, implementing it to function between cells in different eNBs involve challenges. Thus, only intra-site uplink CoMP transmission was tested. The results show that the performance improvements were significant at the cell edges as theory predicted.

CDMA2000 teknologiaa on laajalti käytetty 450 MHz:n taajuusalueella. Viime aikoina LTE:n tarjoamat halvemmat laitteistot ja parempi suorituskyky ovat kannustaneet operaattoreita muuttamaan verkkoaan CDMA2000:sta LTE:hen. Kyseinen muutos saattaa johtaa epäoptimaaliseen tilaan verkon suorituskyvyn kannalta.

Tämä työ esittelee neljä menetelmää, joilla voidaan positiivisesti vaikuttaa LTE-verkon suorituskykyyn CDMA2000:ste LTE:hen tehdyn muutoksen jälkeen erityisesti 450 MHz:n taajuusalueella. Kolmea näistä menetelmistä arvioidaan tuotantoverkossa. Nämä kolme menetelmää ovat suojavälin pituus, solunvaihtoparametrien optimointi ja ylälinkin koordinoitu monipistetiedonsiirto. Tavoite oli määrittää kunkin menetelmän vaikutus. Tutkimusmenetelmiin kuului kenttämittaukset ja verkon suorituskykymittareiden analyysi.

Tutkimustulosten perusteella voidaan sanoa, että normaali suojaväli on riittävän pitkä LTE450:lle vaikka solujen säde on jopa 50km. Vain erikoistapauksissa tarvitaan pidennettyä suojaväliä. Operaattoreiden tulisi ratkaista tällaiset tapaukset yksilöllisesti sen sijaan, että koko verkossa käytettäisiin pidennettyä suojaväliä.

Solunvaihtoparametrien optimointi osoittautui tärkeäksi huomion aiheeksi CDMA2000:sta LTE:hen tehdyn muutoksen jälkeen. Turhia solunvaihtoja saattaa tapahtua merkittäviä määriä, mikäli parametreihin ei kiinnitetä huomiota. Lähtötilanteessa noin 50 % testiverkon solunvaihdoista arvioitiin olevan turhia. Solunvaihtoparametreja muuttamalla 47,28 % solunvaihdoista per käyttäjä saatiin poistettua ilman, että mitään haittavaikutuksia olisi huomattu.

Koordinoidun monipistetiedonsiirron on laajalti sanottu olevan tehokas tapa parantaa LTE-verkon suorituskykyä, etenkin solujen reunoilla. Monia haasteita pitää ratkaista, enne kuin sitä voidaan käyttää alalinkin tiedonsiirtoon. Lisäksi sen käyttöön eri tukiasemien solujen välillä liittyy haasteita. Tästä syystä monipistetiedonsiirtoa voitiin testata vain ylälinkin suuntaan ja vain yhden tukiaseman välisten solujen kesken. Tulokset osoittivat, että suorituskyky parani merkittävästi solun reunalla.