Optimalizace interferencí v celulárních komunikačních systémech
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Tato práce je rozdělena do šesti kapitol. První kapitola vysvětluje rozdíly mezi fyzickou vrstvou uplinků systémů LTE a LTE Advanced, zkoumá charakteristiky kanálu komunikace D2D v rámci sítě LTE Advanced, a navrhuje mechanismy optimalizace interferencí. Rovněž je v práci prezentována struktura softwarově definované rádiové platformy, která může být využita pro vyhodnocení rádiových kanálů. Druhá kapitola hodnotí a porovnává výkony uplinkové části fyzické vrstvy systému LTE a LTE Advanced. V prostředí MATLAB je implementována struktura LTE Advanced vysílače a přijímače se všemi stupni zpracování signálu. Generované signály obou výše uvedených systémů jsou přenášeny přes různé modely kanálu ITU-R. Byly používány různé techniky odhadu kanálů a detekce signálu pro obnovení vysílaného signálu. Výsledky jsou prezentovány formou křivek BER a křivek datové prostupnosti. Třetí kapitola navrhuje způsob opakování frekvencí v celulární síti (frequency-reuse) se třemi úrovněmi výkonu, který se využívá jako typ pokročilé metody snižování interferencí. Jsou ukázány normalizované kapacitní hustoty buněk a jejich podoblastí se třemi různými případy distribuce uživatelů uvnitř buněk. Je zobrazena korelace mezi celkovou kapacitou a poloměrem každého regionu. Dosažené výsledky navrhovaného schématu jsou porovnávány s tradiční technikou opakovaného použití frekvence (Reuse-3). Čtvrtá kapitola se zabývá výzkumem alternativní metody optimalizace interferencí. Bylo provedeno ověření kooperačních metod snímání rádiového spektra ve čtyřech různých reálných prostředích: venkovní-interiérové, vnitřní-venkovní, venkovní-vnitřní a venkovní-venkovní. Navržený systém je testován pomocí zařízení Universal Software Radio Peripheral (USRP) a obsahuje dva typy detektorů; energetický detektor a statistický detektor založený na Kolmogorově-Smirnovově testu, které byly implementovány na přijímací straně. Jedním z hlavních požadavků komunikace D2D je znalost charakteristik impulzních odezev rádiového kanálu. Pátá kapitola proto představuje metodu měření kanálu pomocí Zadoff-Chu sekvencí ve frekvenční oblasti jako alternativní techniku k měření kanálu v časové nebo frekvenční doméně. Pomocí navržené metody se základní charakteristiky kanálu, jako je časové rozšíření kanálu (RMS delay spread, mean excess delay), útlum šířením a koherenční šířka pásma extrahují v (až 20x) kratším čase ve srovnání s klasickou metodou měření kanálu ve frekvenční doméně. Jsou také zkoumány charakteristiky venkovních statických rádiových kanálů na vzdálenost několika kilometrů pro pásma UHF a SHF s ko-polarizovanou horizontální a vertikální konfigurací antény. Šestá kapitola uzavírá tezi a shrnuje závěry.
This thesis is divided into six chapters. The first chapter clarifies the differences between uplink layers of LTE and LTE Advanced systems. It investigates the channel characteristics of device to device (D2D) communication underlaying LTE Advanced network and provides the main key mechanisms of interference management. The structure of Software Defined Radio platform which can be used in channel sounding is also presented. The second chapter evaluates and compares both LTE and LTE Advanced uplink layer performances. Therefore, the structure of previously described LTE Advanced transmitter and receiver with all signal processing stages are implemented in MATLAB. The generated signals of both above mentioned systems are transmitted over different ITU-R channels. Different channel estimation and signal detection techniques to recover the transmitted signal are used. The results are presented in terms of BER and throughput performance curves. The third chapter suggests fractional frequency reuse with three power levels technique to be used as a type of Advanced interference mitigation method. The normalized capacity densities of the cells and their regions with three different cases of user distribution inside the cells are considered. The correlation between the overall capacity and the radius of each region is presented. The achieved results of the proposed scheme are compared with traditional frequency reuse (Reuse-$3$) technique. The fourth chapter provides a research about another method of interference mitigation. The verification of cooperative spectrum sensing methods using four different real channel conditions is conducted. Indoor-indoor, indoor–outdoor, outdoor-indoor, and outdoor-outdoor environments are taken into consideration. The defined system is tested using the Universal Software Radio Peripheral devices. Two types of detectors; the energy detector and the Kolmogorov-Smirnov statistical detector have been implemented at the receiver for signal sensing evaluation. One of the main requirements of D2D communication is a good channel impulse response characteristics knowledge. Therefore, the fifth chapter presents the proposed frequency domain Zadoff-Chu sounding as an alternative technique of channel sounding. Using the proposed method, the basic channel characteristics like RMS delay spread, mean excess delay, path-loss and coherence bandwidth are extracted in ($20$x) shorter time period compared to the continuous wave method. The channel characteristics of an outdoor long range static channel campaign for both ultra-high and super-high frequency bands with co-polarized horizontal and vertical antenna configurations are also investigated. The sixth chapter concludes the thesis.
This thesis is divided into six chapters. The first chapter clarifies the differences between uplink layers of LTE and LTE Advanced systems. It investigates the channel characteristics of device to device (D2D) communication underlaying LTE Advanced network and provides the main key mechanisms of interference management. The structure of Software Defined Radio platform which can be used in channel sounding is also presented. The second chapter evaluates and compares both LTE and LTE Advanced uplink layer performances. Therefore, the structure of previously described LTE Advanced transmitter and receiver with all signal processing stages are implemented in MATLAB. The generated signals of both above mentioned systems are transmitted over different ITU-R channels. Different channel estimation and signal detection techniques to recover the transmitted signal are used. The results are presented in terms of BER and throughput performance curves. The third chapter suggests fractional frequency reuse with three power levels technique to be used as a type of Advanced interference mitigation method. The normalized capacity densities of the cells and their regions with three different cases of user distribution inside the cells are considered. The correlation between the overall capacity and the radius of each region is presented. The achieved results of the proposed scheme are compared with traditional frequency reuse (Reuse-$3$) technique. The fourth chapter provides a research about another method of interference mitigation. The verification of cooperative spectrum sensing methods using four different real channel conditions is conducted. Indoor-indoor, indoor–outdoor, outdoor-indoor, and outdoor-outdoor environments are taken into consideration. The defined system is tested using the Universal Software Radio Peripheral devices. Two types of detectors; the energy detector and the Kolmogorov-Smirnov statistical detector have been implemented at the receiver for signal sensing evaluation. One of the main requirements of D2D communication is a good channel impulse response characteristics knowledge. Therefore, the fifth chapter presents the proposed frequency domain Zadoff-Chu sounding as an alternative technique of channel sounding. Using the proposed method, the basic channel characteristics like RMS delay spread, mean excess delay, path-loss and coherence bandwidth are extracted in ($20$x) shorter time period compared to the continuous wave method. The channel characteristics of an outdoor long range static channel campaign for both ultra-high and super-high frequency bands with co-polarized horizontal and vertical antenna configurations are also investigated. The sixth chapter concludes the thesis.
Description
Keywords
ALMMSE, celulární sítě, odhad kanálů, kooperativní snímání, DRMS, D2D, interference, LTE Advanced, MIMO, fyzická vrstva, SSD, USRP, Zadoff-Chu, ZF, 5G., ALMMSE, cellular networks, channel estimation, cooperative sensing, DRMS, D2D, interference, LTE Advanced, MIMO, physical layer, SSD, USRP, Zadoff-Chu, ZF, 5G.
Citation
KASSEM, E. Optimalizace interferencí v celulárních komunikačních systémech [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2019.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Elektronika a sdělovací technika
Comittee
prof. Ing. Aleš Prokeš, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Vladimír Šebesta, CSc. (člen)
doc. Ing. Marie Richterová, Ph.D. (člen)
doc. RNDr. Jitka Poměnková, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Tomáš Götthans, Ph.D. (člen)
Ing. Jitka Vágnerová, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jiří Masopust, CSc. - oponent (člen)
prof. Ing. Stanislav Marchevský, CSc. - oponent (člen)
Date of acceptance
2019-05-30
Defence
Práce Ing. Edwarda Kassema se zabývá optimalizací celulárních komunikačních systémů. K hlavním cílům práce patří optimalizace fyzické vrstvy mobilních komunikačních systémů na bázi LTE z pohledu interferencí. Dizertační práce splňuje v důležitých aspektech stanovené cíle, přináší nové poznatky a metody jako je metoda charakterizace kanálu využívající Zadoff-chu posloupnost ve frekvenční oblasti. Jádro práce bylo náležitě publikováno. Doktorand spojil ve své práci teoretické znalosti s technicko-inženýrskými schopnostmi a potvrdil tak svoji schopnost samostatné vědecké práce na velmi dobré úrovni. Komise se jednomyslně usnesla na závěru, že Ing. Edwarda Kassem splnil cíle dizertační práce a dosaženými výsledky a publikační činností splnil podmínky k udělení akademického titulu doktor.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení