Analyzing performance of mobile MIMO-OFDM wireless systems: Tools and results

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Koivunen, Visa, Academy Prof.
dc.contributor.author Oborina, Alexandra
dc.date.accessioned 2012-10-30T09:30:06Z
dc.date.available 2012-10-30T09:30:06Z
dc.date.issued 2012
dc.identifier.isbn 978-952-60-4754-6 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-4753-9 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/6049
dc.description.abstract Multi-antenna and multi-carrier wireless transmission techniques are expected to provide high peak data rates and spectral efficiency, good coverage and reliable transmission required by emerging wireless standards such as 3GPP Long Term Evolution (LTE) and 3GPP LTE-Advanced. The multi-stream transmission via Multiple-Output Multiple-Input (MIMO) systems achieves different gains using beamforming, spatial diversity and spatial multiplexing techniques. The multi-carrier modulation via Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) enhances spectral efficiency and facilitates using simple transceiver structures for broadband communications. MIMO-OFDM transmission impacts the design of many physical-level, system-level and radio resource management (RRM) functions as well as interaction between link and system level called Link-to-System (L2S) interface. In this thesis methods for optimizing L2S interface and RRM for MIMO-OFDM wireless systems and performance measures suitable for the system level performance evaluation are developed. The derived techniques are needed in network planning and optimization in order to analyze coverage, interference, frequency utilization, traffic loading. Moreover, they are used in dynamic system level simulations. In this thesis a computational efficient method for calculating the effective Signal-to-Interference-and-Noise-Ratio (SINR) mapping as advanced L2S interface for MIMO-OFDM transmission at the system-level is introduced. Asymptotic distribution of the effective SINR is established. In case of fast link adaptation with adaptive modulation and coding a mixture distribution model is used. The established distribution allows to utilize system capacity measure with a confidence and to evaluate the overall system performance. A measure for ergodic system capacity is established analytically through the mean value of the effective SINR. The proposed performance measure is attractive for the system level since it incorporates the L2S model used as a quality measure of a radio link. The simulation results carried out in specific mobility scenarios in 3GPP LTE downlink network verify the analytical results and show clear impact of mobility on the system capacity. In addition, fast and accurate rank adaptation method based on system level capacity is developed. It provides efficient and computationally simple procedure for adaptation to the varying channel conditions. en
dc.description.abstract Monen antennin ja usean kantoaallon hyödyntämiseen perustuvien langattomien lähetystekniikoiden odotetaan saavuttavan korkeita tiedonsiirtonopeuksia, spektritehokkuutta, hyvän kantaman, sekä parantavan radioyhteyden luotettavuutta. Nämä ovat vaatimuksia uusissa langattomissa standardeissa, kuten 3GPP LTE (Long Term Evolution) sekä 3GPP LTE-Advanced järjestelmissä. Monikanavaisissa moniantenni (MIMO, Multiple-Input-Multiple-Output) järjestelmissä voidaan hyödyntää keilanmuodostusta (beamforming), tilan monimuotoisuutta (spatial diversity) sekä tilakanavointia (spatial multiplexing). Usean kantoaallon moduloiminen OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) tekniikan avulla lisää spektritehokkuutta ja mahdollistaa yksinkertaistettujen lähetin-vastaanotin -rakenteiden hyödyntämisen laajakaistaisessa tietoliikenteessä. MIMO-OFDM lähetystekniikka vaikuttaa niin fyysisen rajapinnan, järjestelmätason kuin radioresurssien hallinnankin (RRM, Radio Resource Management) suunnitteluun, sekä myös siirtolinkin ja järjestelmän väliseen L2S (Link-to-System) rajapintaan. Tässä väitöskirjassa kehitetään langattomien MIMO-OFDM järjestelmien L2S rajapinnan sekä RRM optimoimiseen soveltuvia menetelmiä, sekä järjestelmän suorituskyvyn arvioimiseen sopivia suorituskyvyn mittareita. Kehitetyillä menetelmillä voidaan analysoida langattomien verkkojen peittoaluetta, keskinäistä häiriötä, taajuuksien käyttöä sekä liikenteen tasapainotusta, joita tarvitaan verkon suunnitteluun ja optimoimiseen. Näitä menetelmiä käytetään lisäksi dynaamisissa järjestelmätason simulaatioissa. Tässä työssä esitetään laskennallisesti tehokas menetelmä tehollisen signaali-häiriö-kohina suhteen (SINR, Signal-to-Interference-and-Noise-Ratio) laskentaan ja muuntamiseen MIMO-OFDM järjestelmän kehittyneelle L2S rajapinnalle. Lisäksi johdetaan tehollisen SINR arvon asymptoottinen jakauma. Nopean linkkien mukauttamisen ja adaptiivisen modulaation ja koodauksen tapauksessa mallinnukseen käytetään sekajakaumaa. Johdettu jakauma mahdollistaa järjestelmän kapasiteetin luotettavan arvioimisen ja käytön koko järjestelmän suorituskyvyn mittaamiseen. Tehollisen SINR keskiarvon avulla voidaan analyyttisesti laskea järjestelmän ergodinen kapasiteetti. Kehitetty suorituskyvyn mittari soveltuu erityisen hyvin järjestelmätasolle, sillä sitä voidaan käyttää L2S mallin hyödyntämiseen radioyhteyden laadun analysoimiseen. Suoritetut simuloinnit tietyissä 3GPP LTE mobiiliverkon fi
dc.format.extent 154
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 110/2012
dc.relation.haspart [Publication 1]: M. Moisio, A. Oborina. Comparison of Effective SINR Mapping with Traditional AVI Approach for Modeling Packet Error Rate in Multi-State Channel. Lecture Notes in Computer Science, vol. 4003/2006, pp. 461-473, June 2006.
dc.relation.haspart [Publication 2]: A. Oborina, M. Moisio, T. Henttonen, E. Pernila, V. Koivunen. MIMO Performance Evaluation in UTRAN Long Term Evolution Downlink. In The 42nd Annual IEEE Conference on Information Sciences and Systems, USA, Princeton, NJ, pp. 1179-1183, March 2008.
dc.relation.haspart [Publication 3]: A. Oborina, M. Moisio, V. Koivunen. Performance of Mobile MIMO OFDM Systems With Application to UTRAN LTE Downlink. Accepted in IEEE Transactions on Wireless Communications, In Press, to Appear in 2012.
dc.relation.haspart [Publication 4]: A. Oborina, M. Moisio, V. Koivunen. Ergodic System Capacity of Mobile MIMO Systems using Adaptive Modulation. In IEEE 21st International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, Turkey, Istanbul, pp. 2375-2380, September 2010.
dc.relation.haspart [Publication 5]: A. Oborina, V. Koivunen, T. Henttonen. Effective SINR Distribution in MIMO OFDM Systems. In The Forty-Fourth Asilomar Conference on Systems, Signals and Computers, USA, Pacific Grove, CA, pp. 511-515, November 2010.
dc.relation.haspart [Publication 6]: A. Oborina, T. Henttonen, V. Koivunen, M. Moisio. Efficient Computation of Effective SINR. 46th Annual Conference on Information Sciences and Systems, USA, Princeton, NJ, pp. 1-6, March 2012.
dc.subject.other Electrical engineering en
dc.title Analyzing performance of mobile MIMO-OFDM wireless systems: Tools and results en
dc.title Mobiilin langattoman MIMO-OFDM järjestelmän suorituskyvyn analyysia: Työkaluja ja tuloksia fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Electrical Engineering en
dc.contributor.department Signaalinkäsittelyn ja akustiikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Signal Processing and Acoustics en
dc.subject.keyword performance analysis en
dc.subject.keyword Link-to-System interface en
dc.subject.keyword effective SINR en
dc.subject.keyword capacity en
dc.subject.keyword suorituskyvyn analysointi fi
dc.subject.keyword Link-to-System rajapinta fi
dc.subject.keyword tehollinen SINR fi
dc.subject.keyword kapasiteetti fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-4754-6
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Koivunen, Visa, Academy Prof.
dc.opn Ristaniemi, Tapani, Prof., University of Jyväskylä, Finland
dc.opn Kansanen, Kimmo, Assoc. Prof., NTNU, Norway
dc.rev Ristaniemi, Tapani, Prof., University of Jyväskylä, Finland
dc.rev Visuri, Samuli, Dr., Nokia, Finland
dc.date.defence 2012-09-21


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account