Optimization of radio resource allocation in uplink green LTE networks - IMT - Institut Mines-Télécom Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2014

Optimization of radio resource allocation in uplink green LTE networks

Optimisation de l’allocation des ressources radio le lien montant d’un réseau OFDMA sous contraintes de consommation d’énergie

Résumé

Actually, 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Long Term Evolution (LTE) networks present a major advance in cellular technology. They offer significant improvements in terms of spectrum efficiency, delay and bandwidth scalability, thanks to the simple architecture design and the use of the Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) based access techniques in the physical layer. In LTE architecture, the evolved Node B (eNB) is considered as the single node between the User Equipment (UE) and the Evolved Packet Core (EPC). Consequently, the eNB is responsible of the mobility and the Radio Resource Management (RRM). This thesis studies the uplink RRM in green LTE networks, using the Single Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) technique. The objective is the throughput maximization in a distributed radio resource allocation architecture. Hence, a channel dependent RRM is studied. First, to evaluate the channel condition metrics, a new Inter-Cell Interference (ICI) estimation model is proposed, when a power control process is applied to the UEs transmission power. The ICI estimation model validation and robustness against environment variations are established analytically and with simulations. Then, the LTE networks dimensioning is investigated. The adequate 3GPP standardized bandwidth that can be allocated to each cell in order to satisfy the UEs Quality of Service (QoS) is evaluated in random networks, by considering the statistical behavior of the networks configuration, and depending on the used RRM policy: fair or opportunistic Resource Block (RB) allocations, for Single Input Single Output (SISO) and Multiple Input and Multiple Output (MIMO) systems. In addition, the MIMO diversity and multiplexing gains are discussed. As a standardized bandwidth is allocated to a cell, the RRM of the limited number of available RBs is investigated. Therefore, a new radio resource allocation algorithm, respecting the SC-FDMA constraints, is proposed in SISO systems. It efficiently allocates the RBs and the UE transmission power to the users. The proposed RB allocation algorithm is adapted to the QoS differentiation. The proposed channel dependent power control considers a minimum guaranteed bit rate that the UE should reach. The performances of the proposed RRM are compared with the performances of other well known schedulers, respecting the SC-FDMA constraints, found in the literature. Finally, the proposed RB allocation algorithms are also extended to the Multi-User MIMO (MU-MIMO) systems where a new transceiver is proposed. It combines the Zero Forcing (ZF) and the Maximum Likelihood (ML) decoders at the receiver side.
Dans cette thèse, nous étudions l'optimisation de l'allocation des ressources radio sur le lien montant d'un réseau LTE, utilisant la technique d'accés SC-FDMA, sous des contraintes de consommation d'énergie. Nos études se concentrent sur l'allocation des ressources radio, incluant l'allocation des blocs de ressources (Resource Block (RB)) sur lesquels le mobile transmet ses données ainsi que l'allocation de la puissance de transmission de ce dernier. Notre objectif étant de maximiser le débit agrégé dans la cellule, nous optons pour une politique d'allocation opportuniste se basant sur les conditions radio de chaque utilisateur dans la cellule. Nous nous intéressons dans un premier temps à l'estimation des conditions radio de l'utilisateur, et plus précisément à l'estimation du niveau d'interférence inter-cellulaires (IIC) reçu au niveau de la station de base (Base Station (BS)), causé par l'utilisation d'un même RB dans les cellules voisines. Les détails relatifs au nouveau modèle d'estimation du niveau d'interférence proposé dans cette thèse sont présentés dans le Chapitre 3. En LTE, la station de base est l'entité responsable de l'allocation des ressources radio aux utilisateurs. Une étude de planification est établie au préalable pour définir la bande de fréquences allouée à chaque cellule. Afin de minimiser la probabilité de dépassement de dimensionnement, une bande de fréquences adéquate doit être définie en fonction de la charge du réseau, de la Qualité de Service (QdS) offerte aux utilisateurs ainsi que de la politique d'allocation utilisée. Un modèle analytique, permettant d'évaluer la borne supérieure de la probabilité de dépassement de dimensionnement, est proposé dans le Chapitre 4. Ce modèle a été développé lorsqu'une ou plusieurs QdS sont offertes aux utilisateurs en considérant deux politiques d'allocation des blocs de ressources, une opportuniste et une autre équitable. Le nombre de RBs dans une bande de fréquences étant limité, la station de base doit allouer ses ressources judicieusement. Nous proposons donc dans le Chapitre 5 un algorithme opportuniste et efficace, qui maximise le débit total de la cellule, tout en minimisant la puissance de transmission des mobiles, sans affecter la QdS des utilisateurs. Dans le Chapitre 6, l'étude des performances de l'algorithme d'allocation de ressources radio proposé a été étendue au cas d'un système multi-utilisateurs (Multi-User MIMO) où un nouveau décodeur a été proposé.
Fichier principal
Vignette du fichier
PhD_report (2).pdf (2.96 Mo) Télécharger le fichier
Loading...

Dates et versions

tel-01071448 , version 1 (14-10-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01071448 , version 1

Citer

Fatima Zohra Kaddour. Optimization of radio resource allocation in uplink green LTE networks. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Telecom paristech, 2014. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01071448⟩
798 Consultations
1499 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More