Simulation based performance analysis of LTE systems

Abstract

In this Master’s thesis, a performance analysis of 3GPP Long Term Evolution (LTE) Release 8 is provided. LTE is the evolution of the Universal Mobile Telecommuni-cations System (UMTS). It allows mobile users to reach high data rates and access Internet through their devices (mobile telephones, laptop, tablet PC, etc.). LTE intends to deliver rich multimedia services (Full HD video stream, video call...) to next generation users. LTE mobile broadband technology has been used in more than 30 countries and by 70 operators and in the coming years it will be widely used in many countries with more than 100 LTE user devices such as notebooks, tablet PCs, smartphones, hotspots, gaming devices and video cameras. The Long Term Evolution provides high data rates and can operate using different bandwidths ranging from 1.4MHz up to 20MHz. Furthermore LTE supports Multiple Input Multiple Output (MIMO) systems up to four antennas and can reach higher peak data rates than Single Input Single Output (SISO) systems (326 Mb/s in the DL and 150 Mb/s in the UL with 4 antennas). LTE supports transmit diversity and spatial multiplexing with multi antenna technology to have more reliable communication and to increase the data rate respectively. LTE also improves system capacity and coverage by using more bandwidth and different frequency bands and also it reduces operating costs with IP based infrastructure. The two main frequency bands that will be used in LTE are 2600 MHz and 800 MHz bands. The 2600 MHz band is a choice for more capacity since it provides 190 MHz bandwidth and the 800 MHz band is more ideal for coverage since its wavelength is higher than the other. In LTE, resource allocation is another important technique to reach that much high rates. The resources (time and frequency) can be scheduled to users fairly or just the user with the best channel condition can be scheduled. In this study, the Round Robin, the Proportional Fair and the Best CQI scheduling algorithms have been considered. In this Master’s thesis, we compared 800 MHz and 2600 MHz frequency bands in terms of coverage and examined the impact of the scheduling algorithms and the MIMO modes on the average cell and cell edge throughputs for the different environments.

Bu yüksek lisans tezinde, The 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Long Term Evolution (LTE – Uzun Vadeli Evrim) 8. Versiyonunun performans analizi sunulmuştur. LTE Evrensel Mobil Telekomünikasyon Sisteminin (UMTS) gelişimidir. LTE, mobil kullanıcılarının yüksek veri hızlarına çıkmalarına ve cihazlar (cep telefonu, laptop, tablet PC) üzerinden internete erişimine olanak sağlamaktadır. LTE gelecek nesil kullanıcılara zengin çoklu ortam servisleri (Full HD video yayını, görüntülü konuşma) ulaştırmayı hedeflemektedir. LTE mobil geniş bant teknolojisi 30’dan fazla ülkede ve 70’den fazla operatör tarafından kullanılmaktadır ve gelecek yıllarda bir çok ülkede ve notebook, tablet PC, akıllı telefon, modem, oyun cihazları ve video kamera gibi 100’den fazla LTE destekli kullanıcı cihazları ile yaygın olarak kullanılacaktır. LTE yüksek veri hızları sağlayabilmekte ve 1.4MHz ile 20MHz arasında farklı bant genişliklerinde çalışabilmektedir. Bunun yanında, LTE dört antene kadar Çoklu Giriş Çoklu Çıkış (MIMO) Sistemlerini desteklemekte ve Tek Giriş Tek Çıkış (SISO) Sistemlerine göre daha yüksek tepe hızlarına (4 anten ile aşağı yolda 326 Mb/s ve yukarı yolda 150 Mb/s) ulaşabilmektedir. LTE çoklu anten teknolojisi ile daha güvenli iletişime sahip olmak ve veri hızını artırmak için sırasıyla iletim çeşitlemesi ve uzamsal çoklamayı desteklemektedir. LTE ayrıca, daha fazla bant genişliği ve farklı frekans bantları kullanarak sistem kapasite ve kapsamasını artırabilmektedir ve ekipmanlarında IP tabanlı altyapı kullanarak operasyon giderlerini azaltmaktadır. LTE’de kullanılacak iki temel frekans bantları 2600 MHz ve 800 MHz bantlarıdır. 2600 MHz bandı, 190 MHZ bant genişliği sağladığından kapasite için tercih edilmekte ve 800 MHz bandı ise dalga boyu daha büyük olduğu için kapsama için daha idealdir. LTE’de böyle yüksek tepe hızlarına ulaşmak için kaynak ataması önemli tekniklerden biridir. Kaynaklar (zaman ve frekans) tüm kullanıcılara adil olarak atanabilir ya da sadece kanal durumu en iyi olan kullanıcıya atanır. Bu çalışmada Round Robin, Proportional Fair ve Best CQI çizelgeleme algoritmaları kullanılmıştır. Bu yüksek lisans tezinde, 800 MHz ve 2600 MHz frekans bantlarının kapsamalarını karşılaştırdım ve çizelgeleme algoritmaları ve MIMO yöntemlerinin farklı ortamlar için ortalama hücre ve hücre sınırı hızları üzerine etkisini inceledim.