The Performance of Dense and Heterogeneous LTE Network Deployments within an Urban Environment
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering |
Doctoral thesis (monograph)
| Defence date: 2014-05-15
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2014
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
281
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 51/2014
Abstract
Traffic in the mobile broadband networks is expected to grow very rapidly in the coming years. This traffic growth is caused both by the evolution of mobile terminals and by the increased use of more traffic-heavy services, such as video. In order to be able to meet the increased capacity needs, the existing mobile networks have to be densified, either by deploying new macro sites, or by deploying new low-power sites within traffic hotspots. This doctoral dissertation provides an overview of a few different network densification alternatives and compares their performance and energy-efficiency with the help of advanced radio network simulations. In addition, the impact of different network design choices is evaluated. The results demonstrate that the heterogeneous network deployments are realistic alternatives to the traditional way of densifying mobile networks by deploying new macro sites. However, the price to pay is that a considerably larger number of new sites will be required to obtain the same network performance. Heterogeneous network deployments can be made more efficient by increasing the output power of the low-power eNodeBs or by carefully planning the locations of the low-power sites so that the obtained level of the traffic offloading can be maximized. The traffic offloading can be increased also with the help of biased cell selection, but in that case the quality of the downlink control signaling can become the limiting factor unless some form of enhanced inter-cell interference coordination mechanisms are applied at the same time. The obtained results indicate that the densified macro deployment is in many cases the most energy-efficient network densification alternative. However, if some form of fast cell DTX is applied to idle cells, heterogeneous network deployments become much more competitive since the cost of fixed power consumption can be reduced. The energy-efficiency of densified network deployments can be enhanced also by switching off underutilized capacity cells, or by switching idle capacity cells to sleep mode. Finally, design choices aiming to reduce the required number of low-power cells are shown to be beneficial also from the network energy-efficiency point of view. Matkaviestinverkkojen välittämän liikenteen arvioidaan kasvavan erittäin voimakkaasti tulevina vuosina. Tämä kasvu johtuu pääasiassa päätelaitteiden kehittymisestä ja entistä raskaampien palvelujen, erityisesti videon, yleistymisestä. Matkaviestinverkkojen kapasiteettia voidaan parantaa esimerkiksi pienentämällä solukokoa joko perinteisiä makrotukiasemia lisäämällä tai uusien, matalatehoisiin tukiasemiin perustuvien heterogeenisten verkkoratkaisujen avulla. Tämä väitöskirja tarjoaa hyvän yleiskuvan erilaisista tiheistä verkkoratkaisuista, sekä vertailee niiden suorituskykyä ja energiatehokkuutta radioverkkosimulointeja apuna käyttäen. Väitöskirja tutkii myös eri suunnitteluvaihtoehtojen vaikutusta verkkoratkaisujen suorituskykyyn. Väitöskirjassa esitetyt tulokset osoittavat että heterogeenisten verkkoratkaisujen avulla voidaan saavuttaa sama suorituskyky kuin lisäämällä verkkoon uusia makrosoluja. Heterogeenisten verkkoratkaisujen pääasiallisena haittapuolena on halutun suorituskyvyn saavuttamiseksi tarvittavien solujen määrä kasvu tukiaseman lähetystehon pienentyessä. Tarvittavien tukiasemien määrää voidaan vähentää suunnittelemalla matalatehoisten tukiasemien sijannit siten, että niihin kytkeytyvän liikenteen määrä voidaan maksimoida. Matalatehoisten tukiasemien solukokoa ja siten myös tukiasemiin kytkeytyvän liikenteen määrää voidaan kasvattaa myös suosimalla solunvaihtojen yhteydessä matalatehoisia soluja voimakkaampien makrosolujen sijasta. Menetelmän haittana on kuitenkin laajennetun solun reunoilla olevien käyttäjien alalinkin laadun heikkeneminen, mistä johtuen menetelmän tehokas hyödyntäminen vaatiikin yleensä mekanismeja solujen välisten häiriöiden hallitsemiseksi. Väitöskirjassa esitetyt tulokset osoittavat myös että tiheä makroverkko on yleensä kaikista energiatehokkain verkkoratkaisu. Heterogeenisten verkkoratkaisujen energiatehokkuutta voidaan parantaa huomattavasti sammuttamalla osa tukiasemasta aina kun tukiaseman ei tarvitse lähettää mitään signaaleja. Energiatehokkuutta voidaan parantaa entisestään huolellisen verkkosuunnittelun avulla, tai säätämällä verkon tarjoamaa kapasiteettia todellisen liikennetarpeen mukaan, huolehtien samalla kuitenkin riittävän peittoalueen turvaamisesta. Verkon kapasiteettia voidaan säätää sammuttamalla soluja joko kokonaan tai osittain aina, kun niitä ei tarvita riittävän suorituskyvyn tarjoamiseksi.Description
Supervising professor
Jäntti, Riku, Prof., Aalto University, Department of Communications and Networking, FinlandThesis advisor
Jäntti, Riku, Prof., Aalto University, Department of Communications and Networking, FinlandKeywords
LTE, dense networks, heterogeneous networks, micro cells, pico cells, femto cells, performance, capacity, coverage, energy-efficiency, power consumption, tiheät verkot, heterogeeniset verkot, mikrosolu, pikosolu, femtosolu, suorituskyky, kapasiteetti, peittoalue, energiatehokkuus, tehonkulutus
