Optimal rate and power allocation algorithm in tdd-ofdm based two-tier femtocell networks

Abstract

People nowadays are witnessing the acceleration of development of electronics. The new technologies of electronic devices has made mobile phones smarter and more technologically advanced, where they support software platforms and applications that increased the demands on high data rates and gives the users the ability to play online games, video chat, upload-download data, and watch videos on social networks and other video-streaming websites. According to statistics of researches and telecommunication companies, the average usage area of a mobile data transfer users are generated from indoor places e.g. houses. Mobile operators seeks out for providing high data rates to increase their capacity to suit the demands of indoor users for those who experience weak signal power; However, the current studies suggests a distance decreasing between the Mobile Station (MS) and Base Station (BS) for a lower distance of wireless communication. Femtocell technology, also called Home Base Station (HBS), provides a high data transfer rates and better coverage area for limited number of indoor users, where the conventional base station used by the telecommunication company that has a wide coverage correspondingly named Macro Base Station (MBS). In home base station technology, the femtocell users uses the same spectrum for uplink and downlink frequencies that the other mobile stations are using for communication with the MBS. However, for such a communication system, it brings out a new area for research regarding interference management. In this thesis, an adaptive power control algorithm based on the network's present parameters with two constraints performed at the femtocell users' uplink channels for interference mitigation in a Time Division Duplex-Orthogonal Frequency Division Multiplexing (TDD-OFDM) wireless communication fashion. The constraints aims to ensure the quality of service of communication of MBS's user and to preserve the data rate of femtocell users from collapsing. The first constraint is regarding the mitigation of the interference coming from the femtocell user to the macro base station; this constraint depends on the availability of the time slot that both femtocell and macrocell users are sharing subject to a certain frequency. The second constraint is regarding the limitation of the femtocell user's transmitting power based on the maximization of the weighted rate sum of the femtocell users subject to the power summation of each femtocell user on each subchannel. Accordingly, we study the scenarios that considers both the cross-tier and co-tier interferences to mimic the realistic femtocell environment.

Günümüzde elektroniğin yüksek hızla gelişimine şahit olmaktayız. Gelişen teknolojiyle birlikte mobil telefonlar da daha akıllı ve ileri teknolojiye sahip olmuş artan veri talepleri ve veri hızları kullanıcılara çevrimiçi oyun oynama,görüntülü konuşma,veri indirme ve yükleme,video izleme ve sosyal platformlarda veri transferi gerçekleştirme imkanı sağlamıştır. Yapılan istatistiklere göre, ortalama mobil veri transferi iç mekanlarda gerçekleştmektedir.(Örneğin; ev,ofis,..vb. ortamlar) Mobil servis sağlayıcıları iç mekan kullanımında zayıf sinyal alan kullanıcılarına yüksek veri hızı çözümleri aramaktadır.Araştırmalar Baz İstasyonuyla kullanıcı mesafesinin düşürülmesi gerektiğinin savunmaktadır.Femtocell teknolojisi aynı zamanda Ev-içi Baz İstasyonu adıyla anılmaktadır(HBS) ve yüksek veri transferi limitlerine ulaşırken geniş kapsama alanına sınırlı kullanıcı sayısı için ulaşabilmektedir.Makro Baz İstasyonları(MBS) olarak adlandırılan ve telekomünikasyon firmalarınca kullanılan tipik baz istasyonları geniş kapsama alanlarına sahiptirler. Ev-içi baz istasyonları teknolojilerinde femtocell kullanıcıları aynı frekans bandını makro baz istasyonlarından indirme ve yükleme için kullanmaktadırlar.Ancak bu şekildeki haberleşme sistemlerinde ortaya çıkan sinyaldeki karışmalardan ötürü sinyal karışma yönetimi adı altında araştırmalar yapılmaya başlamıştır. Bu tezde, femtocell kullanıcılarının yükleme kanallarındaki sinyal karışmalarını azaltmak için kullanılan (TDD-OFDM) yapısı 2 kısıtlayıcı network parametresine bağlı olarak uyarlanabilir güç kontrol mekanizması gerçekleştirilmiştir. Kısıtlayıcı parametreler femtocell kullanıcıları için servis kalitesi (QoS) ve veri aktarım hızının ani düşümünü engellemeyi amaçlamaktadır. İlk kısıtlama femtocell kullanıcısı ile makro baz istasyonu arası sinyallerin karışmasını azaltmak için konulmuştur.Bu kısıtlama femtocell ve makrocell kullanıcılarının belirli bir frekans bandında farklı zaman bloklarını kullanmasıyla ilişkilidir.Femtocell kullanıcısının verici gücüyle ilişkili olan ikinci kısıtlama ise alt-kanallardaki her bir femtocell kullanıcısı için ağırlıklı güç katsayıları toplamının maksimize edilmesini kapsamaktadır.Tüm bu verilere göre , makrocell ve femtocell arasındaki karışmalar ile femtocell-içi karışmalar daha gerçekçi bir femtocell yapısı oluşturabilmek üzere bu çalışmada incelenmiştir.