Pico Cell Range Expansion toward LTE-Advanced Wireless Heterogeneous Networks

Abstract

[ANGLÈS] Deploying low power nodes within a macro cell layout, also known as heterogeneous networks (HetNets), is a promising solution to enhance the global performance of LTE mobile communication systems and particularly the performance in cell-edges and indoor areas. In this sense, Range expansion (RE) in low power nodes is mandatory in areas not covering hotspots, otherwise there is no significant offload from the macro cell and gains are poor. This technique allows attracting more users and thus achieving performance improvement. However, RE causes extra downlink interference which becomes severe for higher bias values and so the benefits translate into important degradation. For that, RE should be jointly designed with advanced interference coordination schemes to overcome these issues. This thesis discusses LTE-Advanced as evolution of LTE release 8/9, and describes the concept of HetNets, RE, the major technical challenges and interference coordination schemes. Finally, results are presented related to HetNets (Macro-Pico scenario) using system level simulation to evaluate the impact on system performance for different configurations.

[CASTELLÀ] El despliegue de nodos de baja potencia dentro de la capa macro celular, también conocido como redes heterogéneas (HetNets), es una solución prometedora para mejorar el rendimiento global de los sistemas de telefonía móvil Long Term Evolution (LTE) y en particular, el rendimiento en los bordes de celda y áreas interiores. En este sentido, la expansión de rango (RE) en los nodos de baja potencia es obligatoria en áreas que no cubren hotspots, ya que de otro modo no habría un traspaso significativo de usuarios desde la macro celda y las ganancias serían pobres. Esta técnica permite atraer a más usuarios y así conseguir una mejora de rendimiento. Sin embargo, RE causa interferencia adicional en el enlace descendente que se vuelve grave para los valores de ampliación rango mayores y ello da como resultado una degradación importante. Por lo tanto, RE debe ser diseñado conjuntamente con esquemas de coordinación de interferencia para superar estos problemas. Esta tesis discute LTE-Advanced como evolución de LTE Release 8/9, y describe el concepto de HetNets, la expansión del rango, los retos técnicos más importantes y los esquemas de coordinación de interferencia. Finalmente, se presentan resultados mediante simulación de un despliegue HetNet (escenario Macro-Pico) que evalúan el impacto en el rendimiento del sistema para distintas configuraciones.

[CATALÀ] El desplegament de nodes de baixa potència dins de la capa macro cel·lular, també conegut com xarxes heterogènies (HetNets), és una solució prometedora per millorar el rendiment global dels sistemes de telefonia mòbil Long Term Evolution (LTE) i, en particular, el rendiment a les vores de cel·les i àrees interiors. En aquest sentit, l'expansió de rang (RE) en els nodes de baixa potència és obligatòria en àrees que no cobreixen hotspots, ja que d'una altra manera no hi hauria un traspàs significatiu d'usuaris des de la macro cel·la i els guanys serien pobres. Aquesta tècnica permet atreure més usuaris i així aconseguir una millora de rendiment. No obstant això, RE causa interferència addicional a l'enllaç descendent que es torna greu pels valors d'ampliació rang majors i això dóna com a resultat una degradació important. Per tant, RE ha de ser dissenyat conjuntament amb esquemes de coordinació d'interferència per superar aquests problemes. Aquesta tesi discuteix LTE-Advanced com a evolució de LTE Release 8/9, i descriu el concepte de HetNets, l'expansió del rang, els reptes tècnics més importants i els esquemes de coordinació d'interferència. Finalment, es presenten resultats mitjançant simulació d'un desplegament HetNet (escenari Macro-Pico) que avaluen l'impacte en el rendiment del sistema per a diferents configuracions.