Posicionamento de pico-c elulas numa rede LTE · com menor cobertura, ... MIMO Multiple Input Multiple Output NB NodeB ... WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access. Cap

Posicionamento de pico-celulas numa rede

LTE

Pedro Andre Branco Serra

Dissertacao para obtencao do Grau de Mestre em

Engenharia Electrotecnica e de

Computadores

Juri

Presidente: Prof. Fernando Duarte Nunes (IST)

Orientador: Prof. Antonio Jose Castelo Branco Rodrigues (IST)

Vogal: Prof. Paulo Luıs Serras Lobato Correia (IST)

Outubro 2013

Agradecimentos

Em primeiro lugar gostaria de agradecer ao meu orientador, o Professor Antonio Rodrigues

pela oportunidade de desenvolver esta dissertacao. Agradeco-lhe ainda toda a orientacao,

sugestoes, aconselhamento e disponibilidade que me ofereceu durante a elaboracao deste

trabalho.

Gostaria tambem de agradecer a minha famılia, ao meu Pai, Mae e Irmao, bem como

aos meus amigos mais proximos por todo o apoio e incentivo que sempre me deram.

i

Resumo

Como forma de aumentar a capacidade da rede de comunicacoes moveis, o operador

escolhe habitualmente colocar mais macro-celulas nas zonas em que ha uma grande in-

tensidade de trafego de dados. Esta abordagem tem como desvantagem o elevado custo

de implementacao.

No projeto LTE (Long Term Evolution) propoe-se a colocacao de celulas mais pequenas

com menor cobertura, chamadas pico-celulas, como alternativa a abordagem anterior.

Estas pico-celulas, apesar de cobrirem uma area menor tem um custo de implementacao

muito inferior ao de uma macro-celula.

A introducao de mais celulas numa rede ja existente pode trazer problemas devido a

interferencia causada pelo elevado numero de celulas e a proximidade entre as mesmas.

O trabalho aqui apresentado pretende estudar a forma como as pico-celulas sao colo-

cadas no sistema de forma a otimizar os resultados proporcionados pela sua introducao.

Os varios cenarios de colocacao das pico-celulas simulados foram analisados atraves da

medicao do valor de SINR (Signal to Noise and Interference Ratio) e dos valores dos

debitos binarios dos utilizadores da rede.

Mostra-se que o resultado da introducao de pico-celulas na rede depende grandemente

das posicoes em que estas sao colocadas, mas que seguindo algumas regras pode ter um

efeito positivo.

E tambem estudada uma tecnica de aumento da cobertura dos sectores das pico-

celulas de modo a que estas sirvam mais utilizadores, desta forma aliviando a carga das

macro-celulas e aumentando o desempenho do sistema.

Palvras-chave: LTE, Pico-celulas, Posicionamento, Interferencia

ii

Abstract

As a way to increase the capacity of the mobile communications network, the service pro-

vider usually chooses to place more macrocells in the areas in which there is a big intensity

of data traffic. This approach has, as a disadvantage, an elevated cost of implementation.

The LTE (Long Term Evolution) project proposes the placement of smaller cells with

smaller coverage, called picocells, as an alternative to the previous approach. These

picocells, despite of covering a smaller area, have a far lower implementation cost than

that of a macrocell.

The introduction of more cells in a previously existent network can bring problems

due to the interference caused by the high number of cells and the proximity between

them.

The work here presented aims to study the way in which the picocells are placed in

the system in order to optimize the results of their introduction. The various scenarios

of picocell placement simulated were analized through the measuring of the SINR (Signal

to Noise and Interference Ratio) value and the values of the throughputs of the network

users.

It is shown that the result of the introduction of picocells in the network greatly

depends on the positions in which these are placed, but by following some rules there can

be a positive outcome.

Furthermore, a technique of increasing the coverage of the picocells’ sectors is also

studied. This technique allows the picocells to serve more users, therefore offloading the

macrocells and increasing system performance.

Keywords: LTE, Picocells, Positioning, Interference

iii

Conteudo

1 Introducao 1

1.1 Motivacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2 Estrutura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 Estado da Arte 4

2.1 Long Term Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.1.1 Rede de Acesso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.1.2 OFDMA e SC-FDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.1.3 MIMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.2 Long Term Evolution – Advanced . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.3 Pico-celulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3 Modelos do Sistema e Simulador 13

3.1 Simulador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.2 eNodeBs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.3 Perdas de propagacao (Pathloss) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.4 Fast Fading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.5 UEs e Schedulers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.5.1 Distribuicao 3GPP Hotspot capacity enhancement . . . . . . . . . . 21

3.5.2 Distribuicao aleatoria uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.5.3 Schedulers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.6 Parametros de simulacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4 Resultados 25

4.1 Colocacao de uma pico-celula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4.2 Cenario com duas pico-celulas proximas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4.3 Cenarios com varias pico-celulas utilizando a distribuicao 3GPP Hotspot

Capacity Enhancement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

4.4 Cenarios com varias pico-celulas utilizando a distribuicao de UEs aleatoria 38

5 Conclusao e Trabalho Futuro 45

iv

Lista de Figuras

1.1 Tendencia de crescimento do trafego mundial de dados moveis (adaptada

de [2]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2.1 Arquitetura geral do GSM, GPRS, UMTS e LTE/EPS (adaptado de [4]) 1 5

2.2 Arquitetura de uma rede LTE (adaptado de [4]) . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.3 Exemplo simplificado do espectro de sub-portadoras do OFDM . . . . . . . 7

2.4 Sımbolo OFDM no domınio temporal [7] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.5 Estrutura de Resource Blocks do LTE [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.6 Comparacao entre OFDMA e SC-FDMA [8] . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.7 Ilustracao do funcionamento de alguns modos MIMO . . . . . . . . . . . . 10

2.8 Componentes do LTE-A [9] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.1 Fluxograma de funcionamento do simulador 2 . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.2 Posicoes dos macro-eNodeBs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.3 Diagrama de radiacao para um sector de uma macro-celula ([15]) . . . . . 17

3.4 Macro-celulas simuladas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.1 Posicoes da pico-celula dentro do sector da macro-celula . . . . . . . . . . 26

4.2 Numeracao das posicoes para a colocacao da pico-celula . . . . . . . . . . . 27

4.3 Diagramas de SINR medio total e da pico-celula dependendo da posicao

da pico-celula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4.4 Diagramas dos maximos do SINR medio total e da pico-celula dependendo

da posicao da pico-celula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4.5 Exemplo da colocacao das duas pico-celulas em referencia a uma posicao

central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4.6 Diagramas de SINR medio total e das pico-celulas dependendo da posicao

das pico-celulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4.7 Diagramas de SINR medio total e das pico-celulas dependendo da posicao

das pico-celulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.8 Percentagem de pico-celulas simuladas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.9 Variacao do SINR medio (Sem CRE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.10 Debito binario medio por utilizador (Sem CRE) . . . . . . . . . . . . . . . 35

v

LISTA DE FIGURAS vi

4.11 Debito binario medio por utilizador das pico-celulas (Sem CRE) . . . . . . 36

4.12 Debito binario do percentil 5 dos utilizadores (Sem CRE) . . . . . . . . . . 37

4.13 Debito binario medio por utilizador (Npico = 6) . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.14 Debito binario medio por utilizador das pico-celulas (Npico = 6) . . . . . . 38

4.15 Debito binario do percentil 5 dos utilizadores (Npico = 6) . . . . . . . . . . 38

4.16 Variacao do SINR medio (Sem CRE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.17 Debito binario medio por utilizador (Sem CRE) . . . . . . . . . . . . . . . 40

4.18 Debito binario medio por utilizador das pico-celulas (Sem CRE) . . . . . . 40

4.19 Debito binario do percentil 5 dos utilizadores (Sem CRE) . . . . . . . . . . 41

4.20 Debito binario medio por utilizador (Npico = 6) . . . . . . . . . . . . . . . 41

4.21 Debito binario medio por utilizador das pico-celulas (Npico = 6) . . . . . . 42

4.22 Debito binario medio por utilizador das macro-celulas (Npico = 6) . . . . . 43

4.23 Debito binario do percentil 5 dos utilizadores (Npico = 6) . . . . . . . . . . 44

Lista de Tabelas

2.1 Parametros chave do LTE [13, 14] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.1 Propriedades do objeto eNodeB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.2 Nova propriedade do objeto eNodeB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.3 Cenarios de propagacao do modelo WINNER II (adaptado de [17]) . . . . 20

3.4 Parametros do UE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.5 Parametros de simulacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

4.1 Diferenca entre o SINR medio de todas as celulas do cenario com uma

pico-celula no ponto (i, j) e o SINR medio de todas as celulas do cenario

sem pico-celula [dB] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4.2 Diferenca entre o SINR medio da pico-celula no ponto (i, j) e o SINR medio

de todas as celulas do cenario sem pico-celula [dB] . . . . . . . . . . . . . . 29

4.3 Diferenca entre o SINR medio de todas as celulas do cenario com duas

pico-celulas centradas no ponto (i, j) e o SINR medio de todas as celulas

do cenario sem pico-celula [dB] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4.4 Diferenca entre o SINR medio das pico-celulas centradas no ponto (i, j) e

o SINR medio de todas as celulas do cenario sem pico-celula [dB] . . . . . 31

4.5 Diferenca entre o SINR medio das celulas todas dos casos com duas pico-

celulas versus os casos com uma pico-celula [dB] . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.6 Diferenca entre o SINR medio das pico-celulas dos casos com duas pico-

celulas versus os casos com uma pico-celula [dB] . . . . . . . . . . . . . . . 33

vii

Lista de Abreviacoes

3GPP 3rd Generation Partnership Project

ACK Acknowledgement

AMPS Analogue Mobile Phone System

BLER Block Error Rate

BTS Base Transceiver Station

CLSM Closed Loop Spatial Multiplexing

CQI Channel Quality Indicator

CRE Cell Range Extension

E-UTRAN Evolved UMTS Terrestrial Access Network

EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution

eNB evolved NodeB

eNodeB evolved NodeB

EPC Evolved Packet Core

EPS Evolved Packet System

FFT Fast Fourier Transform

GPRS General Packet Radio Service

GSM Global System for Mobile Communications

HSPA High Speed Packet Access

ICI Inter-Carrier Interference

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

viii

LISTA DE TABELAS ix

IFFT Inverse Fast Fourier Transform

IMT-A International Mobile Telecommunications – Advanced

IP Internet Protocol

ISD Inter Site Distance

ISI Inter-Symbol Interference

ITU-R International Telecomunications Union – Radiocommunication Sector

LTE 3GPP Long Term Evolution

LTE-A 3GPP Long Term Evolution – Advanced

MCL Minimum Coupling Loss

MCS Modulation and Coding Scheme

MIMO Multiple Input Multiple Output

NB NodeB

NLOS Non-Line Of Sight

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access

PAPR Peak to Average Power Ratio

POTS Plain Old Telephone Service

RN Relay Node

ROI Region of Interest

RSRP Reference Signal Receiving Power

SC-FDMA Single Carrier – Frequency Division Multiple Access

SINR Signal to Interference and Noise Ratio

TD Transmit Diversity

TDMA Time Division Multiple Access

TM Transmission Mode

LISTA DE TABELAS x

TTI Transmission Time Interval

UE User Equipment

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

W-CDMA Wideband Code Division Multiple Access

WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access

Capıtulo 1

Introducao

O aumento dos servicos de banda larga moveis levou a necessidade de criar sistemas de

comunicacoes moveis capazes de suportar os grandes debitos binarios resultantes. Em

resposta a este aumento de recursos utilizados, em Marco de 2008, a ITU-R (Interna-

tional Telecomunications Union – Radiocommunication Sector) definiu o conjunto de

especificacoes IMT-A (International Mobile Telecommunications – Advanced) [1]. Este

documento visa normalizar as caracterısticas principais de um sistema de comunicacoes

de nova geracao — a chamada 4G.

As duas tecnologias candidatas a esta nova geracao sao o Mobile WiMAX (Worldwide

Interoperability for Microwave Access) — definido na norma IEEE (Institute of Electrical

and Electronics Engineers) 802.16m — e o LTE (3GPP Long Term Evolution) mas estas

nao atingem os objetivos requeridos para serem denominados sistemas 4G. No entanto,

ambas as suas evolucoes, nomeadamente o WiMAX Release 2 e o LTE-A (3GPP Long

Term Evolution – Advanced), sao capazes de superar os objetivos impostos pela ITU,

desta forma podendo ser consideradas tecnologias de 4a geracao. Este trabalho foca-se

nas tecnologia LTE e sua evolucao, ambas definidas nas normas 3GPP (3rd Generation

Partnership Project) Release 8 a 10.

Embora esta tecnologia seja capaz de atingir os requisitos para o 4G, a arquitetura

atual da rede consistente apenas de macro-celulas nao e suficiente para oferecer tais desem-

penhos a um grande numero de utilizadores. Assim, em vez de os operadores melhorarem

a sua cobertura atraves do posicionamento de mais macro-celulas, que sao equipamen-

tos caros, pondera-se a utilizacao de celulas mais pequenas, com menor cobertura — as

chamadas pico-celulas.

As pico-celulas sao formadas por equipamentos mais baratos e com menores consumos

energeticos, sendo portanto ideais para a colocacao em zonas de HotSpot onde e esperada

uma grande concentracao de utilizadores ou para melhorar o servico da rede num aspeto

geral. O seu preco reduzido introduz ainda a possibilidade de o equipamento ser colocado

em casa do cliente para seu uso pessoal, sendo neste caso chamada de femto-celula.

A introducao deste novo tipo de celula dentro das macro-celulas ja existentes leva ao

1

CAPITULO 1. INTRODUCAO 2

aumento da interferencia entre celulas e portanto a sua colocacao deve ser estudada por

forma a que as novas celulas melhorem o desempenho da rede em vez de o piorarem.

1.1 Motivacao

A crescente utilizacao de aplicacoes baseadas na mobilidade e em grandes transferencias

de dados leva por sua vez a crescente procura de servicos de dados moveis. A figura

1.1 ilustra a previsao de crescimento do trafego de dados moveis nos proximos anos. Ao

analisar a tendencia demonstrada na figura, e de notar que estao previstos aumentos da

ordem de 78% para o ano 2013 em comparacao com 2012. Este enorme aumento do

trafego de dados moveis leva a necessidade de implementar uma rede capaz de suportar

os desempenhos exigidos pelos utilizadores.

Figura 1.1: Tendencia de crescimento do trafego mundial de dados moveis (adaptada de[2])

Em 2012, as ligacoes de 4G representaram apenas 0.9% das ligacoes moveis mundiais

e 14% do trafego de dados moveis, no entanto preve-se que estes valores subam consi-

deravelmente para 10% e 45%, respetivamente, no ano 2017. E ainda de realcar que os

dados apresentados na figura 1.1 nao tem em conta o trafego de dados moveis descarre-

gado atraves de dispositivos Wi-Fi ou femto-celulas, que representou, em 2012, 33% do

trafego de dados moveis. Preve-se tambem que este trafego atinja um valor da ordem de

21 EB/mes no ano 2017 [2].

Estas previsoes indicam-nos que tanto a 4a geracao de redes moveis como as femto

e pico-celulas vao representar uma grande parte do trafego de dados moveis. O grande

aumento do numero de pequenas celulas introduz interferencia na rede e portanto a sua

colocacao deve ser estudada com cuidado por forma a minimizar este tipo de problemas.

CAPITULO 1. INTRODUCAO 3

1.2 Estrutura

No capıtulo 2 descrevem-se as tecnologias analisadas ao longo do trabalho e da-se uma

introducao historica as redes de comunicacoes moveis. Posteriormente, descrevem-se os

modelos utilizados para descrever o sistema, no capıtulo 3 bem como as alteracoes efetu-

adas sobre o simulador original para implementar alguns desses modelos. Neste capıtulo

especificam-se tambem os parametros de simulacao utilizados nos varios cenarios testados.

O capıtulo 4 descreve especificamente cada cenario simulado e analisa os resultados das

simulacoes realizadas. Para finalizar, no capıtulo 5 conclui-se sobre os resultados obtidos.

Do trabalho apresentado nesta dissertacao resultou a seguinte submissao para pu-

blicacao:

• P. Serra, A. Rodrigues, “Picocell positioning in an LTE network”, 7o Congresso do

Comite Portugues da URSI, Lisboa, Portugal, 22 de Novembro de 2013. (submetido

para publicacao)

Capıtulo 2

Estado da Arte

A primeira geracao de redes de comunicacoes moveis era formada por varios sistemas

analogicos independentes — por exemplo o AMPS (Analogue Mobile Phone System) uti-

lizado nos EUA. Estes sistemas surgiram nos anos 80 e estavam diretamente relacionados

com a POTS (Plain Old Telephone Service) — a rede de telefonia tradicional.

O GSM (Global System for Mobile Communications) foi a primeira tecnologia digital

de comunicacoes moveis. Ficou conhecida como a tecnologia principal das redes de 2a

geracao (2G). Esta e uma rede orientada a comutacao por circuitos estando assim ligada

a rede de telefonia tradicional. Posteriormente foram criadas redes orientadas a comutacao

por pacotes (ainda pertencentes a 2a geracao), nomeadamente o GPRS (General Packet

Radio Service) e o EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) que funcionam sobre

a mesma rede de nucleo que o GSM. Todas estas tecnologias fazem uso do TDMA (Time

Division Multiple Access) para fornecer o acesso a rede por parte de varios utilizadores.

Posteriormente foi introduzido o UMTS (Universal Mobile Telecommunications Sys-

tem), baseado em W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access), orientado tambem

a comutacao por pacotes. Baseia-se na mesma arquitetura de rede de nucleo que o GSM

e UMTS. Esta e a principal tecnologia da 3a geracao de redes moveis (3G) pois permite

alcancar maiores debitos binarios e melhor qualidade de servico que as solucoes 2G. Ainda

parte das tecnologias 3G, encontra-se o HSPA (High Speed Packet Access), tambem base-

ado em W-CDMA. Este e capaz de debitos binarios superiores aos ate entao obtidos pelo

UMTS.

O LTE e a nova evolucao das comunicacoes moveis. Faz parte do grupo de documentos

3GPP Release 8 que foi finalizado em Dezembro de 2008 [3]. Tambem conhecido como

E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Access Network), representa a rede de acesso do

sistema EPS (Evolved Packet System) [4]. O LTE e a primeira tecnologia com uma

arquitetura completamente orientada para a comutacao de pacotes IP (Internet Protocol).

Baseia-se em tecnicas de OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) no

downlink (ligacao da estacao de base para o utilizador), SC-FDMA (Single Carrier –

Frequency Division Multiple Access) no uplink (ligacao entre o utilizador e a estacao de

4

CAPITULO 2. ESTADO DA ARTE 5

base) e esquemas MIMO (Multiple Input Multiple Output).

A figura 2.1 ilustra a arquitetura das varias tecnologias referidas anteriormente.

Figura 2.1: Arquitetura geral do GSM, GPRS, UMTS e LTE/EPS (adaptado de [4]) 1

2.1 Long Term Evolution

O LTE foi concebido com os seguintes objetivos em vista:

• atrasos reduzidos;

• debitos superiores por utilizador;

• aumento do debito para os utilizadores na cell-edge (uniformizacao do servico);

• custo por bit reduzido, implicando um aumento da eficiencia espectral;

• maior flexibilidade na utilizacao do espectro (quer de bandas novas ou ja existentes);

• arquitetura da rede simplificada;

• mobilidade sem interrupcoes;

• consumos energeticos razoaveis para o terminal movel.

Consequentemente, alguns dos requisitos do LTE sao debitos binarios de pico supe-

riores a 100 Mbps no downlink (aproximadamente 7 vezes superior ao 3GPP Release 6)

e eficiencias espectrais medias por celula na ordem de 1.6 − 2.1 bps/Hz/celula (entre 3

e 4 vezes superior ao obtido pelo 3GPP Release 6). No uplink, pretendem-se debitos

de pico superiores a 50 Mbps e eficiencias espectrais medias por celula na ordem de

1BTS (Base Transceiver Station), NB (NodeB), eNB (evolved NodeB)


0.66 − 1.0 bps/Hz/celula, resultando em aumentos de 5 vezes e de 2 a 3 vezes, respe-

tivamente, quando comparados com o 3GPP Release 6. Ha ainda mais flexibilidade na

escolha do servico pois o LTE oferece larguras de banda entre 1.4 MHz e 20 MHz quando

a versao anterior oferecia apenas uma largura de banda (5 MHz) [5].

2.1.1 Rede de Acesso

A arquitetura da rede de acesso do LTE — a E-UTRAN — e composta por apenas um

tipo de no (como ja foi ilustrado na figura 2.1), o eNodeB (evolved NodeB) . Assim,

nao existe uma centralizacao do controlo da rede estando este distribuıdo pelos varios

nos. Ao estabelecer uma arquitetura plana da rede, reduzem-se as latencias do sistema,

melhorando o servico. Revela-se entao necessaria uma forma de comunicacao entre os

varios eNodeB, esta surge sob a forma de interfaces X2. Esta forma de comunicacao

serve para efetuar operacoes de handover, coordenacao da interferencia, entre outras. Os

eNodeB estao ainda ligados ao EPC (Evolved Packet Core) atraves de interfaces S1 por

forma a completarem as transferencias de dados dos utilizadores. Esta arquitetura esta

ilustrada na figura 2.2.

Figura 2.2: Arquitetura de uma rede LTE (adaptado de [4])

2.1.2 OFDMA e SC-FDMA

A interface de radio do LTE e composta por OFDMA no downlink, SC-FDMA no uplink

e esquemas MIMO, como foi referido anteriormente.


O OFDMA e baseado na tecnologia OFDM (Orthogonal Frequency Division Multi-

plexing). Esta consiste na divisao do espectro de frequencias em varias sub-portadoras

ortogonais entre si. Esta ortogonalidade e obtida por o maximo de uma sub-portadora

coincidir sempre com um zero de todas as outras. Desta forma, elimina-se a ICI (Inter-

Carrier Interference) e por as sub-portadoras estarem todas muito proximas umas das

outras, garante-se uma eficiencia espectral muito elevada. Esta divisao e ilustrada na

figura 2.3.

Figura 2.3: Exemplo simplificado do espectro de sub-portadoras do OFDM

Outro tipo de interferencia eliminado pelo OFDM e a ISI (Inter-Symbol Interference).

Isto deve-se ao facto de um intervalo de guarda — Cyclic Prefix — ser posto entre cada

sımbolo no domınio do tempo permitindo que a informacao seja recuperada corretamente

mesmo que um sımbolo se sobreponha em parte de outro (figura 2.4).

Figura 2.4: Sımbolo OFDM no domınio temporal [7]

Os processos de modulacao e desmodulacao deste sistema sao efetuados computacio-

nalmente atraves de algoritmos de FFT (Fast Fourier Transform) e IFFT (Inverse Fast

Fourier Transform). Desta forma todas as sub-portadoras sao introduzidas digitalmente

e e apenas necessaria uma frequencia portadora para todo o conjunto de sımbolos OFDM.

No caso de OFDM todas as sub-portadoras sao atribuıdas a um so utilizador, com

o objetivo de aumentar o desempenho da sua ligacao. No caso do OFDMA pretende-


se fornecer acesso a rede a multiplos utilizadores atraves da atribuicao de uma ou mais

sub-portadoras a cada um deles.

No LTE, o OFDMA e ainda utilizado em conjunto com TDMA transformando as

dimensoes da frequencia e do tempo numa grelha composta por Resource Blocks que

sao conjuntos de sub-portadoras OFDMA combinados com intervalos de tempo TDMA

(figura 2.5). Estes blocos sao entao distribuıdos pelos varios utilizadores, fornecendo-lhes

servico. A alocacao de um numero maior ou menor de Resource Blocks a cada utilizador

esta relacionada com a largura de banda atribuıda a esse utilizador, permitindo uma maior

flexibilidade do sistema.

Figura 2.5: Estrutura de Resource Blocks do LTE [6]

A utilizacao de OFDMA no downlink permite atingir grandes eficiencias espectrais

e, consequentemente, altos debitos binarios. No entanto, esta tecnologia induz um alto

PAPR (Peak to Average Power Ratio) o que leva a necessidade de utilizar amplificadores

mais lineares, mais caros e com maiores consumos energeticos. Estas desvantagens nao

constituem problema para os equipamentos das estacoes de base — tornando possıvel

utilizar OFDMA no downlink — mas a sua utilizacao em dispositivos moveis levaria a

equipamentos muito complexos e, portanto, muito caros. Desta forma, escolheu-se utilizar

SC-FDMA para o uplink pois tem um baixo PAPR e uma implementacao mais simples

que o OFDMA.

Em vez de utilizar sub-portadoras estreitas e tao juntas como o OFDMA, o SC-FDMA

utiliza sub-portadoras com larguras de banda maiores para cada utilizador. Na figura 2.6

e possıvel observar que cada conjunto de 4 sımbolos e enviado simultaneamente em 4 sub-


portadoras diferentes no caso de OFDMA. No entanto, toda a largura de banda utilizada

pelas mesmas 4 sub-portadoras OFDMA e utilizada por apenas uma sub-portadora SC-

FDMA e os sımbolos sao enviados sequencialmente.

Figura 2.6: Comparacao entre OFDMA e SC-FDMA [8]

2.1.3 MIMO

Os esquemas MIMO consistem na utilizacao de varias antenas de transmissao e de rececao.

Existem 8 modos de transmissao MIMO — TM (Transmission Mode):

• TM1 — Single transmit antenna

• TM2 — Transmit diversity

• TM3 — Open loop spatial multiplexing

• TM4 — Closed loop spatial multiplexing

• TM5 — Multi-user MIMO

• TM6 — Closed loop spatial multiplexing, rank = 1

• TM7 — Beamforming

• TM8 — Dual-layer beamforming

Alguns destes modos fazem uso das antenas multiplas para oferecer robustez ao fluxo

de dados enviando a mesma informacao atraves de varias antenas — como e o caso

do TD (Transmit Diversity); outros aproveitam a capacidade de multiplexagem espacial

para enviar fluxos de informacao diferentes atraves de cada antena, aumentando o debito

binario total — por exemplo o CLSM (Closed Loop Spatial Multiplexing); e existem ainda

modos que utilizam o controlo cuidado dos sinais enviados para cada antena por forma a


Figura 2.7: Ilustracao do funcionamento de alguns modos MIMO

Tabela 2.1: Parametros chave do LTE [13, 14]

Largura de Banda [MHz] 1.4, 3, 5, 10, 15, 20TTI2mınimo [ms] 1Modulacoes QPSK, 16-QAM, 64-QAMNumero de portos de antenas 1, 2, 4

criarem feixes direcionados aumentando o ganho do conjunto de antenas em determinada

direcao — os modos de Beamforming. Estes casos estao ilustrados na figura 2.7.

Alguns dos parametros chave do LTE estao resumidos na tabela 2.1.

2.2 Long Term Evolution – Advanced

O LTE-Advanced e a evolucao do LTE. Tem como objetivo aumentar os debitos binarios

conseguidos pelo seu predecessor, melhorar as eficiencias espectrais, aumentar o numero

de utilizadores ativos e melhorar o desempenho nos limites das celulas. Os debitos binarios

de pico atingidos por esta especificacao sao de 3 Gbps no downlink e 1.5 Gbps no uplink,

desta forma atingindo os requisitos impostos pelo IMT-A [1].

A principal funcionalidade introduzida pelo LTE-A e a capacidade de agregacao de por-

tadoras (carrier aggregation). Esta funcao permite atingir larguras de banda ate 100 MHz

(5 vezes superior ao maximo permitido pelo LTE). Cada portadora individual e referida

como uma “componente”, cada componente pode ter uma largura de banda das permiti-

das pela norma LTE (1.4, 3, 5, 10, 15, 20 MHz) e um maximo de 5 componentes podem

ser agregadas (5 × 20 Mhz = 100 MHz). As componentes podem pertencer a mesma

banda (sendo adjacentes ou nao) ou ate serem de bandas de frequencia diferentes; podem

tambem ter larguras de banda diferentes entre elas (figura 2.8).

O LTE-A apresenta tambem esquemas MIMO de maior ordem (ate 8x8) e suporte para

Relay Nodes. Um RN (Relay Node) consiste numa estacao de base que se liga atraves de

uma interface radio a outra estacao de base chamada doadora que por sua vez estabelece

a ligacao a rede de nucleo. Estes permitem aumentar a cobertura do sinal de radio em

locais onde a instalacao de um cabo que interligue a estacao de base a rede de nucleo seria

2TTI (Transmission Time Interval)


Figura 2.8: Componentes do LTE-A [9]

muito complicada.

2.3 Pico-celulas

Uma pico-celula e uma estacao de base cujo sinal cobre uma area reduzida. Ao diminuir

a area de cobertura, diminui-se a distancia entre o utilizador e a estacao de base, desta

forma aumentando o SINR (Signal to Interference and Noise Ratio) — indicando uma

melhoria da qualidade do sinal recebido.

A forma mais comum de aumentar o SINR e a colocacao de mais estacoes de base.

No entanto, a colocacao de macro-celulas e bastante dispendiosa devido ao custo do

equipamento, os custos de colocacao do equipamento (muitas vezes em lugares de difıcil

acesso ou alugado a terceiros) bem como custos de funcionamento e de manutencao (as

macro-celulas utilizam equipamentos complexos). Assim, surgiu o conceito de pico-celula,

uma estacao de base com menor cobertura de sinal (menor potencia de emissao) mas

menos dispendiosa de implementar.

As celulas pequenas podem ser utilizadas de varias formas:

1. No exterior (outdoor)

2. Em ambientes empresariais (indoor)

3. Dentro de casa dos clientes (indoor)

No primeiro caso, as celulas sao tipicamente colocadas pelo operador para cobrir zonas

onde e esperado um trafego intenso (Hotspots). Na perspetiva do operador, e preferıvel

colocar pico-celulas nestas zonas do que macro-celulas pois a area que se pretende cobrir

e pequena (logo nao se justifica utilizar celulas com coberturas muito grandes) mas o

numero de utilizadores e elevado.

Nos casos 2 e 3, o equipamento das celulas e vendido ao cliente para aumentar a

cobertura do sinal dentro de um espaco fechado — no caso 2 o edifıcio da empresa, no

caso 3 a casa do cliente. Nestes casos, o equipamento e instalado pelo cliente tornando a


localizacao da nova celula desconhecida para o operador — o que pode levar a problemas

de gestao da interferencia. No caso em que a celula e colocada dentro de casa (indoor),

passa a ser denominada uma femto-celula ou Home eNodeB.

As femto-celulas sao instaladas pelo cliente e tem uma potencia de emissao mais baixa

que as pico-celulas. Podem tambem ter polıticas de acesso diferentes:

• Open Access

• Closed Access

Na situacao de open access (acesso aberto), a celula esta publicamente disponıvel

para todos os utilizadores, quer estes sejam os donos da celula ou nao (por exemplo um

utilizador que esteja a passar a porta de casa de um cliente que comprou a femto-celula).

Na situacao de closed access (acesso fechado), a femto-celula esta apenas disponıvel para

um grupo de utilizadores restrito gerido pelo cliente que comprou a celula.

No caso das pico-celulas, estas utilizam usualmente uma polıtica de acesso aberto (open

access) pois sao colocadas pelo operador em zonas de hotspot e pretende-se aumentar a

qualidade do servico nessa area para todos os utilizadores.

Como o objetivo das pico-celulas e o offload de parte do trafego da macro-celula, foi

ainda introduzida a ideia de um valor de bias que influenciasse a escolha por parte de um

UE sobre qual a celula a que se deve ligar. A esta tecnica deu-se o nome de CRE (Cell

Range Extension) [10] e e aplicada da forma descrita na equacao (2.1).

CellIDserving = arg maxi{RSRPi + biasi} (2.1)

onde:

• CellIDserving e o identificador da celula que vai servir o UE em questao;

• RSRPi (Reference Signal Receiving Power) e a potencia de emissao medida pelo

UE atraves dos sinais de referencia do LTE para cada celula i;

• biasi e o valor de bias atribuıdo a celula i.

Atribuindo um valor de bias as pico-celulas e possıvel aumentar a sua cobertura sem

aumentar a sua potencia de emissao. Desta forma, ha um maior offload das macro-celulas

sem a introducao de mais pico-celulas.

Como o espectro eletromagnetico e um recurso limitado, todas as estacoes de base da

rede funcionam sobre a mesma frequencia central. As varias estacoes de base (pico, femto

ou macro) vao criar interferencia umas com as outras e por isso, a colocacao das celulas

pequenas introduzidas na rede ja existente deve ser estudada para reduzir este efeito.

Neste trabalho, por questoes de simplicidade de implementacao do simulador, optou-se

por utilizar apenas a variante de pico-celula com a polıtica de acesso aberta.

Capıtulo 3

Modelos do Sistema e Simulador

3.1 Simulador

Os cenarios estudados neste trabalho foram simulados atraves do simulador “LTE Down-

link System Level Simulator” (v1.6r885) [11] desenvolvido pela Vienna University of Te-

chnology. Este simulador baseia-se no software MATLAB [12] e esta orientado para a

simulacao ao nıvel da ligacao e do sistema LTE. Assim, e possıvel simular cenarios cujo

objetivo seja refletir os efeitos do planeamento de celulas, scheduling ou interferencia. O

funcionamento do simulador e resumido no fluxograma da figura 3.1.

Os blocos representados na figura 3.1 a azul sao os blocos onde nao foram efetuadas

alteracoes. Os blocos a laranja sofreram modificacoes e os blocos a verde foram acrescen-

tados.

O simulador comeca por receber do utilizador todos os parametros que definem o

cenario que se pretende simular. Depois desta inicializacao foi introduzido um novo con-

junto de operacoes que consiste em preparar as variaveis que vao receber os valores dos

resultados medios do cenario ou conjunto de cenarios testados.

Entramos agora no primeiro ciclo da simulacao. Este ciclo foi introduzido para permitir

simular varias vezes o mesmo tipo de cenario com o objetivo de obter um resultado medio

apos varias simulacoes.

Este ciclo comeca pelo calculo dos valores que vao permanecer constantes durante cada

simulacao. Para tal comeca-se pela criacao dos objetos dos eNodeBs, os mapas para o

pathloss macroscopico (sem fading) e do shadow fading (de variacao lenta), depois criam-

se os objetos dos utilizadores e dos schedulers e por fim e gerado o mapa do fast fading

(de variacao rapida). A forma como o simulador efetua os calculos destes valores esta

especificada em maior pormenor nas seccoes 3.2, 3.3, 3.4 e 3.5.

De seguida inicia-se o ciclo principal de simulacao. Este ciclo e executado ate o numero

de TTIs simulados atingir o valor especificado (TTIfinal). Dentro deste ciclo, os utiliza-

1UE (User Equipment), MCS (Modulation and Coding Scheme), BLER (Block Error Rate), CQI(Channel Quality Indicator), ACK (Acknowledgement)

13

CAPITULO 3. MODELOS DO SISTEMA E SIMULADOR 14

Figura 3.1: Fluxograma de funcionamento do simulador 1

dores sao movimentados de acordo com a sua posicao atual e a direcao e velocidade a que

se deslocam, os eNodeBs recebem os dados de feedback dos utilizadores e e feito o novo

escalonamento dos UEs para utilizacao no proximo TTI simulado. Depois e utilizado um

modelo de qualidade da ligacao que a partir do estado do canal calcula o SINR, seguido

por um modelo de desempenho da ligacao que a partir do SINR calculado anteriormente

obtem o novo CQI (Channel Quality Indicator) — uma medida da qualidade do canal

enviada em feedback para o eNodeB no proximo TTI. Calcula tambem o esquema de

modulacao e codificacao (MCS) — dado pelo scheduler e diretamente obtido a partir do

CQI de feedback — e partindo destes valores obtem uma aproximacao do valor de BLER

(Block Error Rate). Este valor e indicativo da qualidade da ligacao. Para terminar o ciclo

e enviado o feedback para os eNodeBs com o valor de CQI calculado anteriormente.

Quando o numero de TTIs simulados atinge o valor final pretendido (TTIfinal), os

resultados obtidos da simulacao sao juntos aos obtidos em simulacoes anteriores para

calculo de resultados medios (bloco a verde). A media dos resultados obtidos oferece uma

maior certeza da veracidade do resultado do que o resultado obtido a partir de apenas


uma simulacao. Este valor medio tem tendencia a convergir num valor final com cada

nova simulacao efetuada. Desta forma, sao definidas a partida tolerancias para os valores

pertinentes dos resultados — nos casos simulados: o debito medio por UE, o debito

medio por UE de pico-celula e o debito medio do percentil 5 dos UEs (cell edge). Estas

tolerancias sao utilizadas como fator de decisao para parar a simulacao.

As equacoes (3.1) e (3.2) representam este fator de decisao. Ri representa o valor

medio dos resultados r das i simulacoes ja efetuadas. εR representa a tolerancia dada ao

valor em teste. Quando os valores de ∆R,i calculados para a nova simulacao i e para todos

os resultados que se pretendem incluir nesta decisao se tornam inferiores as tolerancias

escolhidas para cada um deles, entao termina-se este conjunto de simulacoes e passa-se

ao cenario seguinte.

Ri =

∑ij=1 rj

i(3.1)

∆R,i =∣∣Ri −R(i−1)

∣∣ < εR (3.2)

Como os resultados tendem para um valor final fixo a medida que o numero de si-

mulacoes aumenta, entao pode-se dizer que o erro do resultado medido e inferior a to-

lerancia escolhida. Assim escolheram-se os resultados do debito binario medio por uti-

lizador, debito binario medio por utilizador das pico-celulas e debito binario medio do

percentil 5 como fatores determinantes para terminar as simulacoes do cenario corrente.

As tolerancias escolhidas sao de 0.1 Mb/s para todos os valores referidos.

Alem de proporcionar um fator de decisao dependente do erro obtido, a introducao

deste bloco de calculo dos resultados medios representa um aumento do desempenho do

simulador. Da forma como o simulador esta programado, quando este acaba um ciclo de

TTIs, ele guarda todos os dados calculados num ficheiro e apaga-os da memoria RAM

do computador. Ao por estes calculos dentro do primeiro ciclo da simulacao, podemos

realiza-los assim que o simulador acaba o segundo ciclo da simulacao antes de os eliminar

da memoria. Caso contrario, seria necessario realizar todas as simulacoes primeiro e depois

carregar os ficheiros de resultados para a memoria RAM um a um para extrair os valores

que se pretende utilizar e depois voltar a eliminar os dados da memoria. Esta operacao

e muito pesada computacionalmente pois as leituras do disco rıgido sao lentas e a forma

como o MATLAB elimina dados da memoria e tambem muito lenta.

3.2 eNodeBs

Os eNodeBs sao caracterizados pelo simulador atraves de um objeto com as seguintes

propriedades: tipo de eNodeB, tipo de antena, potencia maxima de emissao, ganho de

antena maximo e posicao. A tabela 3.1 descreve os parametros utilizados para este objeto


quando se trata de um eNodeB do tipo macro ou do tipo pico.

Tabela 3.1: Propriedades do objeto eNodeB

Tipo de eNodeB Macro PicoTipo de antena TR 36.942 OmnidirecionalPotencia maxima de emissao 49 dBm 30 dBmGanho maximo da antena 15 dBi 5 dBi

A este objeto foi adicionada outra propriedade chamada bias de CRE que assume

os valores da tabela 3.2. Este parametro tem varios valores possıveis para o caso dos

pico-eNodeBs que serao posteriormente testados.

Tabela 3.2: Nova propriedade do objeto eNodeB

Tipo de eNodeB Macro PicoBias de CRE 0 dB 0, 8, 16 dB

Figura 3.2: Posicoes dos macro-eNodeBs

Os objetos dos eNodeBs sao gerados pelo codigo do simulador e as suas posicoes sao

calculadas para formar o cenario de aneis concentricos no caso dos macro-eNodeBs (figura

3.2), ou sao aleatoria e homogeneamente distribuıdos no caso dos pico-eNodeBs. Para

haver controlo sobre o posicionamento dos pico-eNodeBs, alterou-se o simulador para que

este aceite uma lista de posicoes pre-calculadas para as pico-celulas como exemplificado

em (3.3).


x1 y1

x2 y2...

...

xn yn

(3.3)

Onde xi, yi representa a posicao do pico-eNodeB i dentro da regiao de interesse —

ROI (Region of Interest). Estas posicoes podem ser totalmente aleatorias, aleatorias mas

condicionadas ou mesmo pre-planeadas como se verificara nas simulacoes realizadas no

capıtulo 4.

O diagrama de radiacao das antenas de cada sector das macro-celulas e o descrito na

recomendacao da 3GPP TR 36.942 [15]. Definido na equacao (3.4).

A (θ) = −min

[12

(θ

θ3dB

)2

, Am

], −180◦ ≤ θ ≤ 180◦ (3.4)

onde:

• θ3db = 65◦ e a largura do feixe a 3 dB

• Am = 20 dB e a atenuacao maxima

Figura 3.3: Diagrama de radiacao para um sector de uma macro-celula ([15])

O diagrama de radiacao resultante e o da figura 3.3. O ganho maximo da antena

e G = 15 dBi que e agora somado a atenuacao calculada anteriormente. Este diagrama

aplica-se aos casos em que cada macro-celula da rede esta dividida em 3 sectores diferentes,

cada um com a sua antena e um diagrama de radiacao com aproximadamente 120◦ de

abertura.


No caso das pico-celulas, e utilizado um diagrama de radiacao omnidirecional (A(θ) =

0 dB) e com ganho de antena G = 5 dBi, existindo apenas um sector por pico-celula.

3.3 Perdas de propagacao (Pathloss)

O modelo utilizado no calculo das perdas de propagacao macroscopicas e o sugerido pela

3GPP no documento TR 36.942 [15]. Este modelo consiste de dois cenarios diferentes:

urbano e rural. No caso presente utiliza-se o modelo urbano.

Este modelo rege-se atraves de um valor de MCL (Minimum Coupling Loss) e uma

expressao para as perdas de propagacao dadas por (3.5) e (3.6) para o caso urbano.

MCL = 70 dB (3.5)

L = 40(1− 4 · 10−3 ·Dhb

)log10 (R)− 18 log10 (Dhb) + 21 log10 (f) + 80 [dB] (3.6)

onde:

• R e a distancia em km entre a estacao de base e o utilizador

• f e a frequencia da portadora em MHz

• Dhb e a altura da antena da estacao de base em metros, medida a partir da altura

media dos telhados

Utilizando uma frequencia de portadora de f = 2000 MHz e uma altura da antena

Dhb = 15 m, obtem-se a relacao:

PLdB = 128.1 + 37.6 log10 (R) [dB] (3.7)

O simulador comeca por definir a sua ROI: uma area grande o suficiente para incluir

todos os eNodeBs especificados, tendo em conta a ISD (Inter Site Distance) especificada

(500 metros nos cenarios aqui testados). Esta area e representada por uma matriz em que

cada ponto da matriz representa uma pequena area do mapa especificada pela resolucao

que o utilizador pretende.

Apos obter este conjunto de pontos uniformemente distribuıdos pela regiao de inte-

resse, da-se inıcio ao calculo do mapa das perdas de propagacao. Assim, utilizando as

expressoes de (3.5) e (3.6), para cada ponto (x, y) e para cada sector, isec, de cada eNodeB

o simulador vai calcular as perdas de propagacao PLdB,x,y,isec obtendo uma matriz de duas

dimensoes para cada sector analisado. Este calculo tem em atencao o diagrama de antena

de cada sector de celula analisado.

Partindo deste resultado, calcula-se a potencia de rececao para cada ponto (x, y) da

ROI e para cada sector isec como se descreve na equacao (3.8).


PR,x,y,isec =PT,isec

10PLdB,x,y,isec/10 × Lshadow fading

, ∀(x,y)∈ROI∀isec (3.8)

onde PT,isec e a potencia de emissao de cada eNodeB pertencente ao sector isec, PLdB,x,y,isec

sao as perdas de percurso (pathloss) em cada ponto (x, y) para o eNodeB isec e Lshadow fading

sao as perdas devido ao shadow fading.

O shadow fading (variacao lenta) e modelado utilizando o modelo de Claussen [16].

Este modelo cria um mapa de duas dimensoes com uma distribuicao log-normal em que

cada ponto do espaco esta correlacionado com 4 ou 8 dos seus vizinhos (8 nos casos aqui

demonstrados).

De seguida calculam-se os valores de SNR e SINR para cada ponto do mapa e para

cada sector:

SNRx,y,isec =PR,x,y,isec

NT

(3.9)

SINRx,y,isec =PR,x,y,isec

NT +∑

jsecPR,x,y,jsec − PR,x,y,isec

(3.10)

SNRdB,x,y,isec = 10 log10 (SNRx,y,isec) (3.11)

SINRdB,x,y,isec = 10 log10 (SINRx,y,isec) +biasdB,isec (3.12)

onde NT representa o ruıdo termico do equipamento de rececao e o parametro biasdB,isec

foi adicionado ao simulador original e representa o valor de bias utilizado na tecnica CRE

para cada eNodeB isec. Aqui, atribui-se um valor de bias de 0 dB para os sectores de

celulas macroscopicas e um valor superior para as pico-celulas. Este valor e introduzido

para afetar a escolha do sector a que cada ponto pertence e e posteriormente removido

para nao afetar o valor final do SINR.

De seguida calculam-se os valores de SNR e SINR para cada ponto do mapa sem

dependencia do sector, isto e, obtem-se apenas os valores associados ao sector isec que for-

nece melhor cobertura. Isto e concretizado escolhendo, para cada ponto da ROI, o sector

isec que oferece um maior valor de SNR ou SINR. Obtem-se ainda qual o identificador de

sector (isec) que da cobertura a cada ponto do mapa (Sector).

SNRdB,x,y = maxisec{SNRdB,x,y,isec} (3.13)

Sectorx,y = arg maxisec{SINRdB,x,y,isec} (3.14)

SINRdB,x,y = maxisec{SINRdB,x,y,isec}−biasdB,jsec , jsec = Sectorx,y (3.15)

O calculo a azul na equacao (3.15) representa a subtracao do valor de bias correspon-


dente ao sector a que o ponto (x, y) a ser calculado pertence. Desta forma, a introducao

do parametro biasdB,isec foi utilizada na decisao sobre a que sector determinado ponto

pertence (aumentando a area coberta pelos sectores com um bias maior — pico-celulas)

mas foi depois retirado aquando do calculo final do SINR na equacao (3.15), nao alterando

este valor.

Neste ponto da simulacao, temos varias matrizes com os valores de SNR, SINR, e o

Sector correspondentes a todos os pontos (x, y) da ROI.

3.4 Fast Fading

O modelo que o simulador utiliza para o calculo do fast fading e o modelo WINNER II

[17]. Este projeto inclui modelos de propagacao e modelos de Cluster Delay Line que

podem usados para descrever tanto o shadow fading como o fast fading. No entanto,

utiliza-se apenas a parte do modelo que descreve o fast fading. O projeto WINNER

suporta larguras de banda superiores a 20 MHz, bandas de frequencia entre os 2-6 GHz

bem como cenarios indoor e outdoor-indoor (de fora do edifıcio para dentro).

O WINNER e composto por varios cenarios descritos na tabela 3.3

Tabela 3.3: Cenarios de propagacao do modelo WINNER II (adaptado de [17])

Cenario DefinicaoA1 Indoor office / residentialA2 Indoor to outdoorB1 Typical urban micro-cellB2 Bad urban micro-cellB3 Large indoor hallB4 Outdoor to indoor micro-cellB5a LOS stat. feeder, rooftop to rooftopB5b LOS stat. feeder, street-level to street-levelB5c LOS stat. feeder, below-rooftop to street-levelB5d NLOS stat. feeder, above rooftop to street-levelB5f Feeder link BS → FRS. Approximately RT to RT levelC1 SuburbanC2 Typical urban macro-cellC3 Bad urban macro-cellC4 Outdoor to indoor macro-cellD1 Rural macro-cell

D2a) Moving networks: BS – MRS, ruralb) Moving networks: MRS – MS, rural

Dos cenarios descritos, os que tem um maior interesse para os cenarios simulados sao:

B1, B2, C2 e C3; pois sao os relacionados com pico e macro-celulas em ambiente urbano.

Como o simulador utilizado aplica o mesmo modelo a todos os eNodeBs igualmente (sejam


pico ou macro eNodeBs), entao optou-se por escolher o cenario C3 – Bad urban macro-cell

(este e tambem o cenario utilizado por defeito pelo simulador).

O modelo C3 descreve cenarios urbanos com edifıcios de alturas variadas nao ho-

mogeneas. Tem um atraso de propagacao e dispersao angular altos e condicoes sem linha

de vista — NLOS (Non-Line Of Sight).

3.5 UEs e Schedulers

Os equipamentos de utilizador (UEs) sao caracterizados pelo simulador atraves dos parametros

da tabela 3.4.

Tabela 3.4: Parametros do UE

Fator de ruıdo 9 dBDensidade de ruıdo termico -174 dBm/HzVelocidade do equipamento 3 km/h

Estes valores descrevem o equipamento recetor individualmente, no entanto existem

ainda varias formas de distribuir os UEs pela ROI. Originalmente o simulador apenas

dispunha de uma distribuicao com um numero constante de UEs por celula. Esta distri-

buicao nao diferencia entre o tipo de celula em que o UE se encontra (pico ou macro) e

portanto nao e adequada para esse tipo de cenario. Assim foram introduzidas duas novas

distribuicoes para posterior utilizacao:

• Distribuicao 3GPP TR 36.814, tabela A.2.1.1.2-4 4a (Hotspot capacity enhance-

ment) [18]

• UEs distribuıdos de forma aleatoria e uniforme pelas celulas centrais

3.5.1 Distribuicao 3GPP Hotspot capacity enhancement

Esta distribuicao de UEs e a distribuicao 4a apresentada na tabela A.2.1.1.2-4 da reco-

mendacao TR 36.814 da 3GPP [18]. Esta e utilizada para simulacoes de melhoramento

da capacidade das celulas em casos de hotspots, isto e, zonas com um grande numero de

utilizadores. O numero de UEs por regiao geografica de macro-celula e constante NUE

mas esta dividido entre a macro-celula (NUE,macro) e as pico-celulas que se encontram

dentro da macro-celula (NUE,pico). A 3GPP define NUE com um valor de 30 ou 60 em

cenarios com fading — escolheu-se NUE = 30 nos cenarios simulados.

O numero de pico-celulas colocadas dentro de cada area macro (Npico) e igual para

todas as macro-celulas e pode assumir valores de 1, 2, 4, 10 (um valor de Npico igual a 6

foi tambem utilizado).


Posteriormente da-se inıcio a colocacao dos UEs. O numero de UEs colocados em cada

pico-celula e dado por:

NUE,pico =

⌊NUE

15

⌋(3.16)

e o numero de UEs por cada macro-celula e o restante dos UEs totais:

NUE,macro = NUE −NUE,pico ×Npico (3.17)

O UEs sao distribuıdos uniformemente sobre a area da celula a que pertencem, seja

uma pico-celula ou uma macro-celula.

Para evitar que os UEs das celulas exteriores do mapa (que sofrem menos interferencia

das celulas adjacentes) interfiram com o resultado medio de todos os UEs, apenas sao

analisados os UEs nas celulas centrais do mapa, isto e, os sectores da macro-celula central

(a vermelho na figura 3.4) e todas as pico-celulas que se encontrem no interior desta

macro-celula. Como o simulador nao tem em conta a interferencia entre utilizadores

(pois e desprezavel face a interferencia entre celulas), a remocao destes UEs nao provoca

qualquer modificacao nos resultados e portanto os UEs sao apenas colocados nas celulas

referidas.

Figura 3.4: Macro-celulas simuladas

3.5.2 Distribuicao aleatoria uniforme

Nesta distribuicao pretende-se que o numero de UEs que estao conectados a um eNodeB

nao seja constante como no caso anterior. Sendo constante, e impossıvel testar tecnicas

de extensao dos sectores das pico-celulas como e o caso da tecnica CRE.


Assim, sao eleitos todos os pontos da ROI em que e possıvel inserir um UE. A se-

melhanca da distribuicao anterior, evita-se a colocacao de UEs nas zonas exteriores da

ROI para evitar que os seus valores interfiram com os resultados medios dos UEs que

se encontram no centro do mapa. Portanto, escolhem-se apenas os pontos pertencentes

a macro-celula central (a vermelho na figura 3.4) e a todas as pico-celulas que tenham

sido inseridas no seu interior. A partir desta lista de coordenadas (x, y) escolhe-se ale-

atoriamente um ponto para cada UE que se pretende simular ate atingir o numero de

UEs pretendido — nos casos simulados com esta distribuicao, utilizou-se NUE = 30. Os

UEs sao colocados em cada celula de modo aleatorio, tendo maior probabilidade de se-

rem introduzidos numa celula com uma area maior (e portanto mais pontos da ROI) do

que numa celula com area menor, sendo portanto possıvel testar os efeitos de tecnicas de

extensao de celulas.

3.5.3 Schedulers

Tendo definidos os conjuntos de eNodeBs e de UEs, com as suas localizacoes e as celulas a

que cada UE esta ligado, o simulador inicializa agora os schedulers de cada eNodeB. Nos

cenarios simulados, o scheduler utilizado e o “round-robin” em que todos os utilizadores

sao tratados sem a existencia de prioridades, isto e, os recursos disponıveis sao distribuıdos

uniformemente.

3.6 Parametros de simulacao

Os parametros da tabela 3.5 sao os parametros de simulacao comuns. Nalguns cenarios,

alguns destes parametros nao sao utilizados e as modificacoes sao referidas na descricao

do cenario.


Tabela 3.5: Parametros de simulacao

Parametro Valor(es)Frequencia central 2 GHzLargura de Banda 20 MHzNumero de antenas de emissao 4Numero de antenas de rececao 4ISD (Inter Site Distance) 500 mModo MIMO CLSMNumero de TTIs simulados 100Potencia de emissao da macro-celula 49 dBmPotencia de emissao da pico-celula 30 dBmFator de ruıdo do UE 9 dBDensidade de ruıdo termico do UE -174 dBm/HzScheduler round-robinNumero de pico-celulas por sector 2, 4, 6CRE bias 0, 8 ,16 dBDistancia mınima entre o pico-eNodeB e o macro-eNodeB 75 mDistancia mınima entre pico-eNodeBs 40 m

Capıtulo 4

Resultados

Neste capıtulo, os modelos e o simulador descritos no capıtulo 3 sao postos em funciona-

mento simulando diversos cenarios com pico-celulas.

4.1 Colocacao de uma pico-celula

Os primeiros cenarios a serem simulados sao compostos por uma grelha hexagonal com

distancia entre macro-eNodeBs igual a descrita na tabela 3.5 (500 metros) e apenas um

pico-eNodeB colocado no mapa. A posicao deste pico-eNodeB e variada de cenario para

cenario com o intuito de estudar os efeitos que a sua colocacao tem na qualidade do sinal

do sistema. Este pico-eNodeB tem um valor de bias de CRE igual a 0 dB.

Comecemos entao por analisar as posicoes onde vai ser colocada a pico-celula. As

macro-celulas em analise sao compostas por 3 sectores de 120o. Estes sectores vao impor

padroes de SINR radialmente simetricos dentro dos referidos 120o. Assim, ao analisar

um segmento de cırculo com 60o de abertura centrado na macro-celula central estamos

a analisar todas as posicoes diferentes que a pico-celula pode assumir dentro da macro-

celula, como se pode observar na figura 4.1.

As marcas na figura 4.1 assinalam as posicoes onde vai ser colocada a pico-celula para

simulacao. Estas posicoes variam num angulo entre 0 e 60o com passos de 5o medido a

partir da horizontal e distancias entre os 75 e 250 metros do centro da celula com passos

de 25 metros — 75 m e o limite mınimo imposto pela 3GPP [18], como foi referido na

tabela 3.5, e 250 m e o limite da orla exterior da macro-celula (ISD/2).

Para ajudar a identificacao de cada posicao, foram numeradas de acordo com a figura

4.2.

Ao analisar todas estas posicoes para a pico-celula, pretende-se obter uma percecao de

quais sao as melhores areas para colocar uma pico-celula no interior de uma macro-celula.

Esta simulacao e realizada sem haver interferencia de outras pico-celulas que pudessem

existir na proximidade da primeira.

25

CAPITULO 4. RESULTADOS 26

Figura 4.1: Posicoes da pico-celula dentro do sector da macro-celula

O resultado analisado nestas simulacoes e o SINR. Como o simulador gera um mapa

com uma dada resolucao e calcula o valor do SINR para cada ponto desse mapa, entao,

como forma de comparar os resultados dos varios cenarios testados, calcula-se o valor

medio do SINR de todos os pontos do mapa — obtendo-se uma medida da qualidade

geral do sinal — e o valor medio do SINR dos pontos pertencentes a pico-celula colocada

— medindo-se a qualidade do sinal nessa area.

Atraves destas medicoes, geraram-se os diagramas da figura 4.3, respetivamente do

SINR medio geral e do SINR medio da pico-celula.

Cada ponto do diagrama representa a posicao em que a pico-celula foi colocada para

o cenario simulado. O valor medio do SINR calculado em cada caso esta representado

atraves do sistema de cores utilizado para os pontos referidos. Neste caso, uma posicao da

pico-celula que de resultado a um SINR medio total baixo, por exemplo, dara origem a um

ponto no diagrama colocado na posicao da pico-celula referida e com uma cor fria (azul).

Por outro lado, uma colocacao que de origem a um SINR alto esta representada por uma

cor quente (vermelho). No caso da figura 4.3 b, existem ainda pontos representados a

preto que correspondem a posicoes da pico-celula cuja interferencia da macro-celula e tao

elevada que o sinal da pico-celula nao foi suficientemente forte para levar a criacao de um

novo sector, logo nao existe uma medida do SINR medio da nova celula.

Na tabela 4.1 estao apresentados os valores da diferenca entre o valor do SINR medio

de todas as celulas do cenario em causa (em dB) e o valor de SINR de um cenario composto

apenas por macro-celulas (em dB, tambem). A expressao (4.1) representa a medida aqui

descrita:

SINRcom pico (i,j),dB − SINRsem pico,dB [dB] (4.1)

Devido as grandes dimensoes do mapa simulado, as alteracoes provocadas pela in-


Figura 4.2: Numeracao das posicoes para a colocacao da pico-celula

troducao do um novo sector da pico-celula sao muito reduzidas.

A tabela 4.1 demonstra que, para todas as posicoes da pico-celula simuladas, a in-

troducao de uma nova celula nao afeta significativamente o valor de SINR da rede. No

entanto, o facto de o SINR medio total se manter quase constante nao significa que o

debito binario total do sistema nao venha a sofrer alteracoes pois a nova celula estara a

retirar trafego a macro-celula distribuindo melhor os recursos da rede.

A tabela 4.2 e semelhante a tabela 4.1 exceto que o valor de SINR que esta a ser

comparado com o valor de referencia deixou de ser o SINR medio de todos os pontos do

mapa, para ser o SINR medio dos pontos pertencentes a pico-celula.

Analisando estes valores de SINR medio radialmente ao longo de cada angulo simulado

em busca de pontos de maximos locais, obtem-se os resultados ilustrados na figura 4.4.

Onde os pontos de maximo estao representados com a cor vermelha.

Na figura 4.4 a podemos observar que, para cada angulo, uma das posicoes associadas

a um maximo e a mais junta ao centro da macro-celula. Isto deve-se ao facto de nesta

situacao nao ser criado um novo sector para a pico-celula devido a uma forte interferencia

da macro-celula (como observado na figura 4.3 b). Para posicoes progressivamente mais

distantes do centro da macro-celula, a interferencia causada pelo sinal da pico-celula no

sinal da macro-celula torna-se cada vez mais significativa diminuindo o SINR, desta forma

criando um maximo local junto ao centro da macro-celula.


( a) SINR medio total ( b) SINR medio da pico-celula

Figura 4.3: Diagramas de SINR medio total e da pico-celula dependendo da posicao dapico-celula

Tabela 4.1: Diferenca entre o SINR medio de todas as celulas do cenario com uma pico-celula no ponto (i, j) e o SINR medio de todas as celulas do cenario sem pico-celula[dB]

j 1 2 3 4 5 6 7 8i θ[o]\d[m] 75 100 125 150 175 200 225 250

1 0 -0.007 -0.009 -0.012 -0.013 -0.014 -0.014 -0.013 -0.0112 5 -0.007 -0.009 -0.012 -0.013 -0.014 -0.014 -0.013 -0.0103 10 -0.007 -0.009 -0.012 -0.013 -0.014 -0.014 -0.013 -0.0104 15 -0.007 -0.009 -0.011 -0.013 -0.014 -0.014 -0.012 -0.0095 20 -0.007 -0.009 -0.011 -0.013 -0.014 -0.013 -0.011 -0.0086 25 -0.006 -0.009 -0.011 -0.012 -0.013 -0.012 -0.009 -0.0067 30 -0.006 -0.009 -0.011 -0.012 -0.012 -0.011 -0.008 -0.0058 35 -0.006 -0.008 -0.010 -0.011 -0.011 -0.009 -0.007 -0.0059 40 -0.006 -0.008 -0.010 -0.010 -0.009 -0.008 -0.006 -0.00610 45 -0.006 -0.008 -0.009 -0.009 -0.008 -0.007 -0.006 -0.00711 50 -0.006 -0.008 -0.009 -0.008 -0.006 -0.006 -0.007 -0.00912 55 -0.006 -0.007 -0.008 -0.007 -0.006 -0.005 -0.007 -0.01013 60 -0.006 -0.007 -0.008 -0.007 -0.005 -0.005 -0.007 -0.011

A outra posicao associada a um maximo do SINR encontra-se junto a orla da celula.

Aqui, o sinal proveniente da macro-celula e suficientemente fraco para que o sinal da

nova celula colocada (pico-celula) seja o predominante, dando origem a um novo sector.

Quanto mais afastado do centro da macro-celula este novo sector estiver, mais fraca

sera a interferencia causada pela mesma e portanto maior sera o SINR. Nos angulos mais

elevados (mais ıngremes na figura 4.4 a), a posicao de maximo nao se encontra no extremo

da macro-celula porque a interferencia causada pelo sector da macro-celula vizinha mais

proxima nessa direcao se torna muito elevada (figura 4.1).

No caso do SINR da pico-celula, a figura 4.4 b demonstra que as melhores posicoes

para maximizar o SINR da pico-celula se encontram tambem na orla da macro-celula.

Analisando conjuntamente as figuras 4.3 e 4.4 podemos concluir que as melhores loca-

lizacoes para a colocacao de uma pico-celula no sistema sao no exterior da macro-celula e


Tabela 4.2: Diferenca entre o SINR medio da pico-celula no ponto (i, j) e o SINR mediode todas as celulas do cenario sem pico-celula [dB]

j 1 2 3 4 5 6 7 8i θ[o]\d[m] 75 100 125 150 175 200 225 250

1 0 — — — — — -6.04 -5.55 -5.482 5 — — — — — -6.08 -5.59 -5.483 10 — — — — — -5.92 -5.61 -5.514 15 — — — — — -5.95 -5.76 -5.505 20 — — — — -6.37 -5.95 -5.55 -5.406 25 — — — — -6.22 -5.92 -5.76 -5.327 30 — — — -6.40 -6.13 -5.89 -5.56 -5.208 35 — — — -6.08 -6.18 -5.78 -5.41 -5.199 40 — — -7.24 -6.54 -5.97 -5.66 -5.23 -5.2810 45 — — -7.17 -6.53 -5.86 -5.46 -5.21 -5.3011 50 — -8.10 -7.17 -6.28 -5.74 -5.42 -5.27 -5.4512 55 — -7.96 -7.02 -6.18 -5.57 -5.16 -5.32 -5.4713 60 — -7.79 -6.95 -6.25 -5.44 -5.23 -5.22 -5.50

( a) Maximos do SINR medio total ( b) Maximos do SINR medio da pico-celula

Figura 4.4: Diagramas dos maximos do SINR medio total e da pico-celula dependendoda posicao da pico-celula

tambem fora do feixe principal do sector da macro-celula (na figura 4.3 a, os pontos que

se encontram junto ao feixe tem cores mais frias).

4.2 Cenario com duas pico-celulas proximas

Apos a simulacao dos cenarios com uma pico-celula na seccao 4.1, pretende-se agora

inquirir sobre os efeitos da colocacao de duas pico-celulas muito proximas uma da outra

em varias posicoes do mapa, a semelhanca da seccao 4.1. Assim, para cada posicao

assinalada na figura 4.2 foi colocada uma pico-celula 20 metros a um lado e uma pico-

celula 20 metros para o outro lado, como exemplificado na figura 4.5.

Tomando como referencia uma das posicoes representadas na figura 4.2 (representada

na figura 4.5 pela cruz preta), as posicoes reais para cada uma das pico-celulas colocadas

estao agora representadas pelos pontos azuis. A sua colocacao e feita 20 metros na per-


Figura 4.5: Exemplo da colocacao das duas pico-celulas em referencia a uma posicaocentral

pendicular a linha entre a posicao de referencia e o centro da macro-celula (representada

pelo tracejado preto). Ao afastar as pico-celulas 20 metros para cada lado, estas acabam

com uma distancia entre elas de 40 metros (o mınimo recomendado pela 3GPP, tabela

3.5).

Recorre-se novamente ao SINR medio de todo o mapa e ao SINR medio dos sectores

correspondentes as pico-celulas como medidas da qualidade do sinal para cada cenario

simulado. Assim, a semelhanca da seccao 4.1, obtem-se os diagramas da figura 4.6 que

utilizam o mesmo sistema de cores para representar o valor do SINR para cada cenario. A

estes diagramas correspondem os valores das tabelas 4.3 e 4.4 expressos tambem segundo

a expressao (4.1) em dB.

( a) SINR medio total ( b) SINR medio das pico-celulas

Figura 4.6: Diagramas de SINR medio total e das pico-celulas dependendo da posicao daspico-celulas

Analisando os diagramas da figura 4.6 e os valores das tabelas 4.3 e 4.4 podemos

verificar que as melhores posicoes para a colocacao de um par de pico-celulas muito


Tabela 4.3: Diferenca entre o SINR medio de todas as celulas do cenario com duas pico-celulas centradas no ponto (i, j) e o SINR medio de todas as celulas do cenario sempico-celula [dB]

j 1 2 3 4 5 6 7 8i θ[o]\d[m] 75 100 125 150 175 200 225 250

1 0 -0.013 -0.017 -0.020 -0.023 -0.024 -0.024 -0.023 -0.0192 5 -0.013 -0.017 -0.020 -0.023 -0.024 -0.024 -0.022 -0.0183 10 -0.013 -0.017 -0.020 -0.023 -0.024 -0.024 -0.022 -0.0184 15 -0.013 -0.017 -0.020 -0.022 -0.024 -0.023 -0.021 -0.0165 20 -0.013 -0.017 -0.020 -0.022 -0.023 -0.022 -0.019 -0.0156 25 -0.012 -0.016 -0.019 -0.021 -0.022 -0.020 -0.017 -0.0137 30 -0.012 -0.016 -0.019 -0.021 -0.020 -0.019 -0.016 -0.0128 35 -0.012 -0.016 -0.018 -0.019 -0.019 -0.017 -0.015 -0.0139 40 -0.012 -0.015 -0.017 -0.018 -0.017 -0.015 -0.014 -0.01310 45 -0.012 -0.015 -0.017 -0.017 -0.015 -0.014 -0.014 -0.01511 50 -0.012 -0.015 -0.016 -0.016 -0.014 -0.013 -0.014 -0.01712 55 -0.012 -0.015 -0.016 -0.015 -0.013 -0.012 -0.014 -0.01813 60 -0.012 -0.015 -0.016 -0.015 -0.013 -0.012 -0.014 -0.018

Tabela 4.4: Diferenca entre o SINR medio das pico-celulas centradas no ponto (i, j) e oSINR medio de todas as celulas do cenario sem pico-celula [dB]

j 1 2 3 4 5 6 7 8i θ[o]\d[m] 75 100 125 150 175 200 225 250

1 0 — — — — — -6.96 -6.85 -6.842 5 — — — — — -6.87 -6.81 -6.743 10 — — — — — -6.83 -6.85 -6.774 15 — — — — -6.66 -6.90 -6.86 -6.735 20 — — — — -6.61 -6.89 -6.90 -6.656 25 — — — -6.76 -6.78 -6.93 -6.86 -6.607 30 — — -7.71 -6.76 -7.06 -6.92 -6.84 -6.528 35 — -8.27 -7.46 -7.22 -7.09 -6.91 -6.70 -6.509 40 — -8.40 -7.43 -7.15 -6.97 -6.86 -6.66 -6.5210 45 — -8.06 -7.52 -7.30 -6.93 -6.76 -6.57 -6.6811 50 — -8.32 -7.87 -7.29 -6.88 -6.66 -6.61 -6.7312 55 — -8.92 -8.02 -7.45 -6.90 -6.54 -6.62 -6.6713 60 — -9.40 -8.32 -7.45 -6.92 -6.55 -6.56 -6.78

proximas uma da outra continua a ser na orla da macro-celula (onde estao representadas

as cores mais quentes do esquema de cores — vermelho). Existem novamente pontos com

alto SINR medio junto ao centro da macro-celula (figura 4.6 a) no entanto, estes pontos

correspondem a situacoes onde a interferencia causada pela macro-celula levou a que pelo

menos uma das pico-celulas nao criasse um novo sector (pontos a preto na figura 4.6 b).

Os maximos locais para cada angulo simulado encontram-se representados na figura

4.7 a vermelho para os casos do SINR medio total e dos sectores das pico-celulas.

Confirmam-se assim que as melhores localizacoes para a colocacao das pico-celulas sao

no exterior da macro-celula pois e la que se encontra a maioria dos maximos locais para

ambos os diagramas da figura 4.7 (excetuando-se um ponto esporadico presente no centro

do diagrama da figura 4.7 b).


( a) Maximos SINR medio total( b) Maximos do SINR medio das pico-celulas

Figura 4.7: Diagramas de SINR medio total e das pico-celulas dependendo da posicao daspico-celulas

Comparam-se agora estes resultados com os resultados obtidos na seccao 4.1 com o

fim de determinar se a adicao de uma nova pico-celula muito proxima da primeira afeta

gravemente a qualidade do sinal tanto para o caso geral como para o caso dos utilizadores

das pico-celulas. Assim, geraram-se os valores das tabelas 4.5 e 4.6, segundo a expressao

(4.2).

SINR 2 pico (i,j) − SINR 1 pico (i,j) (4.2)

Tabela 4.5: Diferenca entre o SINR medio das celulas todas dos casos com duas pico-celulas versus os casos com uma pico-celula [dB]

j 1 2 3 4 5 6 7 8i θ[o]\d[m] 75 100 125 150 175 200 225 250

1 0 -0.006 -0.007 -0.008 -0.009 -0.009 -0.010 -0.009 -0.0072 5 -0.006 -0.007 -0.008 -0.009 -0.009 -0.009 -0.009 -0.0073 10 -0.006 -0.007 -0.008 -0.009 -0.009 -0.009 -0.008 -0.0074 15 -0.006 -0.007 -0.008 -0.009 -0.009 -0.009 -0.008 -0.0075 20 -0.006 -0.007 -0.008 -0.009 -0.009 -0.008 -0.008 -0.0076 25 -0.006 -0.007 -0.008 -0.009 -0.008 -0.008 -0.007 -0.0077 30 -0.006 -0.007 -0.008 -0.008 -0.008 -0.007 -0.007 -0.0078 35 -0.006 -0.007 -0.007 -0.007 -0.007 -0.007 -0.007 -0.0079 40 -0.006 -0.007 -0.007 -0.007 -0.007 -0.007 -0.007 -0.00710 45 -0.006 -0.007 -0.007 -0.007 -0.007 -0.007 -0.007 -0.00711 50 -0.006 -0.007 -0.007 -0.007 -0.007 -0.007 -0.007 -0.00712 55 -0.006 -0.007 -0.008 -0.008 -0.007 -0.007 -0.007 -0.00713 60 -0.006 -0.007 -0.008 -0.008 -0.007 -0.007 -0.007 -0.007

Analisando os resultados obtidos na tabela 4.5, podemos verificar que para a qualidade

geral do sinal, o SINR medio do mapa inteiro foi ligeiramente diminuıdo quando foi

introduzida uma nova pico-celula. A tabela 4.6, indica tambem que a introducao de mais


Tabela 4.6: Diferenca entre o SINR medio das pico-celulas dos casos com duas pico-celulasversus os casos com uma pico-celula [dB]

j 1 2 3 4 5 6 7 8i θ[o]\d[m] 75 100 125 150 175 200 225 250

1 0 — — — — — -0.91 -1.29 -1.362 5 — — — — — -0.79 -1.21 -1.263 10 — — — — — -0.91 -1.24 -1.264 15 — — — — — -0.94 -1.09 -1.225 20 — — — — -0.24 -0.94 -1.34 -1.246 25 — — — — -0.55 -1.00 -1.09 -1.287 30 — — — -0.36 -0.93 -1.03 -1.27 -1.318 35 — — — -1.14 -0.90 -1.12 -1.29 -1.309 40 — — -0.18 -0.61 -1.00 -1.20 -1.42 -1.2410 45 — — -0.35 -0.77 -1.07 -1.30 -1.36 -1.3811 50 — -0.21 -0.69 -1.00 -1.13 -1.24 -1.34 -1.2812 55 — -0.95 -1.00 -1.27 -1.32 -1.37 -1.29 -1.2013 60 — -1.61 -1.37 -1.19 -1.47 -1.32 -1.34 -1.28

que uma pico-celula diminui o SINR do conjunto das pico-celulas. No entanto, ao serem

colocadas mais celulas no sistema, os recursos da rede sao melhor distribuıdos por todos

os seus utilizadores.

4.3 Cenarios com varias pico-celulas utilizando a dis-

tribuicao 3GPP Hotspot Capacity Enhancement

Nesta seccao pretende-se analisar cenarios mais complexos com a introducao de varias

pico-celulas. Entre os varios cenarios, variam-se as distancias das pico-celulas ao centro da

macro-celula, o numero de pico-celulas por sector e ainda o valor de bias para a tecnica de

CRE descrita na seccao 2.3. Este conjunto de simulacoes utiliza os parametros definidos

na seccao 3.6 (descritos na sua maioria na tabela 3.5) e a distribuicao de utilizadores

descrita na subseccao 3.5.1 — 3GPP Hotspot capacity enhancement — em que se utiliza

um valor de NUE de 30, isto e, existem 30 UEs por cada sector de macro-celula que sao

distribuıdos entre as pico-celulas e a macro-celula como descrito na subseccao 3.5.1.

Em primeiro lugar analisamos a razao entre o numero de sectores de pico-celulas

simulados e o numero de pico-celulas introduzidas no sistema. Existe uma diferenca entre

estes numeros porque algumas pico-celulas estao sujeitas a uma grande interferencia do

sinal da macro-celula e portanto os utilizadores que se encontrem nessas zonas conectam-

se a macro-celula. A figura 4.8 representa estes valores que nos dao uma ideia inicial para

os melhores casos para a colocacao das pico-celulas. E utilizado um valor fixo para o

numero de pico-celulas por sector, Npico = 6.

Partindo dos resultados descritos na figura 4.8, podemos desde ja verificar que a

distancia ao centro da macro-celula, d, e um fator importante para o funcionamento


Figura 4.8: Percentagem de pico-celulas simuladas

do sistema. Analisando o caso com biasCRE = 0 dB — isto e, sem a utilizacao da tecnica

CRE — podemos verificar que quando as pico-celulas se encontram proximas do centro

da macro-celula (barras a azul na figura 4.8) apenas 25% das mesmas tiveram condicoes

de interferencia suficientemente boas para o seu funcionamento. No entanto, no caso em

que as pico-celulas foram colocadas no exterior da macro-celula (barras a vermelho na

figura 4.8), temos que 88% das pico-celulas sao viaveis e portanto tem o potencial para

melhorar o desempenho do sistema.

Analisando agora o efeito da tecnica de CRE, verificamos que esta pode representar

um papel importante no sistema. Com o aumento do valor de biasCRE aumenta tambem

o numero de pico-celulas viaveis passando de 25%, no caso de biasCRE = 0 dB e d baixo,

ate 95% quando se altera para biasCRE = 16 dB

Vamos agora excluir a tecnica de CRE (colocando o valor biasCRE = 0 dB) e analisar

os efeitos da distancia ao centro da macro-celula, d, e do numero de pico-celulas por

sector, Npico, sobre o sistema. Comecemos pela analise do SINR. A figura 4.9 descreve a

forma como o valor do SINR medio da regiao simulada varia de acordo com o numero de

pico-celulas por sector e a sua distancia ao centro da macro-celula.

Podemos verificar que a introducao de pico-celulas no sistema levou ao aumento da

interferencia inter-celulas dando origem a valores de SINR mais baixos. Quando o numero

de pico-celulas introduzidas aumenta, o SINR diminui. Verifica-se ainda que a colocacao

das pico-celulas nas zonas mais exteriores da macro-celula diminuem tambem o SINR

ligeiramente. Estes fenomenos ocorrem porque as pico-celulas causam interferencia no

sinal mais forte pertencente a macro-celula mas nao introduzem um sinal forte o suficiente

para aumentar o SINR. Ao colocar as pico-celulas no exterior da macro-celula o sinal da

macro-celula e mais fraco e portanto os sectores das pico-celulas sao maiores que no caso

em que estao mais proximas do centro da macro-celula. Como os sectores sao maiores


Figura 4.9: Variacao do SINR medio (Sem CRE)

mas mantem um sinal fraco, o SINR medio e afetado negativamente.

Apesar de o SINR diminuir, nao significa que a introducao de pico-celulas piore o

desempenho do sistema pois as novas celulas vao reduzir a carga da macro-celula e servir

um numero mais reduzido de utilizadores.

Na figura 4.10 representa-se o debito binario medio por utilizador do sistema. Ana-

lisando o grafico, podemos observar que o debito sobe com o aumento do numero de

pico-celulas por sector, significando que a sua introducao no sistema e uma melhoria face

ao caso com apenas macro-celulas. Colocar as pico-celulas em zonas mais distantes da

macro-celula garante tambem melhores resultados que coloca-las proximas, em especial

para casos com um maior numero de pico-celulas por sector.

Figura 4.10: Debito binario medio por utilizador (Sem CRE)

Do ponto de vista da operadora de telecomunicacoes, o debito binario medio por


utilizador e o valor que se pretende maximizar, pois os utilizadores pagam por unidade

de trafego. Assim, para a operadora, o melhor cenario sera a colocacao de muitas pico-

celulas por sector (6 nos casos simulados) e coloca-las preferencialmente nas zonas mais

exteriores da macro-celula.

Figura 4.11: Debito binario medio por utilizador das pico-celulas (Sem CRE)

O debito binario medio por utilizador das pico-celulas esta representado na figura

4.11. Estes valores sao muito superiores ao valor obtido no caso com apenas macro-

celulas (linha a preto na figura) e tambem sao superiores aos valores medios de todos os

utilizadores (figura 4.10), logo a colocacao de pico-celulas representa uma grande melhoria

da qualidade do servico para os utilizadores que sao servidos pelas mesmas. A colocacao

das pico-celulas nas zonas mais afastadas do centro da macro-celula e uma mais valia

tanto para os utilizadores das pico-celulas (figura 4.11) como para o resultado geral do

sistema (figura 4.10).

As figuras 4.10 e 4.11 dao-nos uma medida da qualidade do servico apos a colocacao

das pico-celulas, no entanto sao compostas por valores medios que podem ser influenciados

por utilizadores com muito alto debito enquanto outros tem um servico muito mau. Na

figura 4.12 representa-se o debito binario do percentil 5 de cada cenario testado. Esta

medida representa os 5% piores resultados dos debitos dos utilizadores e e considerada

por representar os utilizadores que se encontram na orla da celula (cell edge). Podemos

observar que a introducao das pico-celulas e uma melhoria face ao caso da macro-celula e

que o valor do debito binario do percentil 5 aumenta com o aumento do numero de pico-

celulas por sector. No entanto esta medida e pouco afetada pela distancia das pico-celulas

ao centro da macro-celula.

Voltemos agora a considerar a tecnica de CRE. Esta tecnica utiliza um valor de bias

que influencia a escolha do equipamento terminal acerca de qual a celula a que este se deve

ligar. Desta forma aumenta-se o tamanho dos sectores das pico-celulas sem aumentar a


Figura 4.12: Debito binario do percentil 5 dos utilizadores (Sem CRE)

potencia do sinal transmitido. As figuras 4.13, 4.14 e 4.15 descrevem a variacao do debito

binario medio por utilizador, debito binario medio por utilizador das pico-celulas e debito

binario do percentil 5 em funcao do valor de biasCRE para o caso com 6 pico-celulas por

sector.

Figura 4.13: Debito binario medio por utilizador (Npico = 6)

Analisando todas estas figuras, verificamos que nas zonas distantes o valor de biasCRE

afeta muito pouco os resultados e para as zonas mais proximas do centro da macro-celula,

a utilizacao de CRE piora os resultados. O aumento dos sectores das pico-celulas nao se

revelou vantajoso pois o numero de UEs a elas conectados nao aumentou devido a distri-

buicao de UEs utilizada. Adicionalmente, estes UEs tem uma relacao sinal interferencia

(SINR) muito baixa devido ao fraco sinal da pico-celula que os serve — piorado pela

introducao do valor de bias —, sem existir o offload da macro-celula pretendido. Esta


Figura 4.14: Debito binario medio por utilizador das pico-celulas (Npico = 6)

Figura 4.15: Debito binario do percentil 5 dos utilizadores (Npico = 6)

tecnica e melhor analisada atraves da utilizacao de distribuicoes de UEs semelhantes a

usada na seccao 4.4 e explicada na subseccao 3.5.2 em que os UEs sao distribuıdos alea-

toriamente e portanto tem uma maior probabilidade de serem colocados numa pico-celula

caso o seu sector seja maior.

4.4 Cenarios com varias pico-celulas utilizando a dis-

tribuicao de UEs aleatoria

Nesta seccao sao efetuadas simulacoes semelhantes as da seccao 4.3 mas desta vez uti-

lizando a distribuicao de UEs aleatoria descrita na subseccao 3.5.2. Nesta distribuicao,

os UEs sao distribuıdos pela ROI sem serem diretamente atribuıdos a uma determinada


celula. Desta forma, a area de cobertura de uma celula torna-se um fator importante

para determinar quantos UEs se ligam a mesma. Isto torna possıvel testar tecnicas como

a tecnica de CRE referida anteriormente.

Comecemos por comparar esta distribuicao a anterior nos casos em que foi bem su-

cedida. Desta forma, analisam-se os cenarios em que nao e utilizada a tecnica de CRE

(biasCRE = 0 dB).

A figura 4.16 representa a variacao do SINR medio da ROI para os varios valores

do numero de pico-celulas por sector macro, Npico. Estes valores nao sao afetados pela

distribuicao de UEs utilizada e portanto ambas as figuras 4.16 e 4.9 sao quase identicas.

Figura 4.16: Variacao do SINR medio (Sem CRE)

Passando a analise dos valores dos debitos binarios dos UEs, a figura 4.17 representa

a variacao do debito binario medio por utilizador dependendo do numero de pico-celulas

por sector macro e a distancia destas pico-celulas ao centro da macro-celula.

Comparando as figuras 4.10 e 4.17 podemos observar que, apesar dos valores obtidos

serem diferentes, o debito binario sobe com o aumento do numero de pico-celulas e que o

caso em que as pico-celulas se encontram longe do macro-eNodeB e melhor em ambas as

figuras. Os valores obtidos diferem pois na distribuicao testada na seccao 4.3 o numero

de UEs por pico-celula e constante enquanto que na distribuicao agora utilizada pode

variar levando a que nalguns casos existam mais UEs associados a pico-celulas do que

anteriormente.

A figura 4.18 representa o debito binario por utilizador de pico-celula. Comparada

com a figura 4.11, podemos observar novamente que, apesar dos valores diferentes em

ambos os casos, as figuras apresentam semelhancas. Parece existir um ponto otimo para

o numero de pico-celulas por sector em Npico = 4 para o caso em que sao colocadas na

zona distante, e um mınimo para o mesmo valor de Npico no caso em que sao colocadas

na zona proxima. Este comportamento pode dever-se ao facto de na zona proxima as


Figura 4.17: Debito binario medio por utilizador (Sem CRE)

pico-celulas oferecem muita interferencia aos utilizadores da macro-celula sem fazerem o

offload pretendido enquanto que no caso da zona distante ja existe offload bem comom

interferencias inferiores.

Figura 4.18: Debito binario medio por utilizador das pico-celulas (Sem CRE)

Por fim, temos tambem os valores do debito binario do percentil 5 dos utilizadores que

representam os utilizadores na orla das celulas (cell edge) na figura 4.19. Comparada com

a figura 4.12, verificamos que existem semelhancas entre as duas pois o valor do debito

aumenta a medida que o numero de pico-celulas por sector aumenta. No entanto existem

algumas diferencas, em especial para Npico igual a 6. Estas diferencas devem-se ao facto

de o numero de UEs associado as pico-celulas variar de um caso para o outro o que leva

a que existam mais UEs a serem servidos pela macro-celula no caso da figura 4.12.

A semelhanca entre as figuras 4.10 e 4.17 leva-nos a crer que ambas as distribuicoes


Figura 4.19: Debito binario do percentil 5 dos utilizadores (Sem CRE)

sao boas aproximacoes ao caso real e que os resultados obtidos sao pertinentes.

Passemos agora aos casos em que e utilizada a tecnica de CRE atraves da inclusao de

um valor de bias na decisao do UE sobre qual a celula a que este se deve ligar. Estes

casos nao sao passıveis de serem simulados utilizando a distribuicao usada na seccao

4.3 pois esta utiliza um numero de UEs constante por pico-celula, eliminando assim as

vantagens obtidas atraves da extensao dos sectores das pico-celulas. Desta forma, fixou-se

o numero de pico-celulas por sector em Npico = 6 e simulou-se para valores de biasCRE =

(0, 8, 16) dB.

A figura 4.20 descreve o debito binario medio por utilizador do sistema nas condicoes

descritas anteriormente.

Figura 4.20: Debito binario medio por utilizador (Npico = 6)

Contrariamente ao observado na figura 4.13, verificamos que a utilizacao da tecnica de


CRE tem um efeito positivo no sistema. Podemos verificar que o aumento do valor de bias

leva ao aumento do debito por utilizador. Este e um bom resultado do ponto de vista da

operadora de telecomunicacoes pois aumenta o trafego total da rede, que e posteriormente

cobrado aos utilizadores. E de notar tambem que existe uma grande disparidade entre os

valores das zonas proxima e distante.

Do ponto de vista do utilizador, interessa-lhe que o seu debito seja o mais alto possıvel,

em especial nas zonas onde esta colocada a pico-celula (zonas de trafego intenso onde a

operadora escolheu colocar uma pico-celula para melhorar a qualidade de servico). Assim

analisa-se o debito binario medio por utilizador de pico-celula em funcao do biasCRE

utilizado (figura 4.21).

Figura 4.21: Debito binario medio por utilizador das pico-celulas (Npico = 6)

Atraves da analise da figura, e possıvel observar que do ponto de vista dos utilizadores

das pico-celulas e preferıvel a aplicacao das pico-celulas sem a utilizacao da tecnica de

CRE, pois o debito diminui bastante quando o valor de biasCRE aumenta. Para o caso em

que a tecnica de CRE nao e utilizada (biasCRE = 0 dB) os utilizadores das pico-celulas

tem um debito binario muito superior a media do sistema (figura 4.20). Este valor diminui

com o aumento do bias utilizado tornando-se muito proximo ou mesmo inferior a media

do sistema para biasCRE = 16 dB tornando-se pouco vantajoso para os utilizadores das

pico-celulas. E de notar ainda que para biasCRE = 0 dB existe uma diferenca desprezavel

entre os casos da zona distante ou proxima do macro-eNodeB. Esta diferenca aumenta

com o aumento do valor de bias utilizado o que significa que com a utilizacao da tecnica

de CRE, os UEs das pico-celulas se tornam mais suscetıveis a interferencia proveniente

da macro-celula.

Visto que a introducao da tecnica de CRE tem como objetivo facilitar o offload da

macro-celula para as pico-celulas, faz sentido analisar tambem a variacao do debito dos

utilizadores da macro-celula dependendo do bias utilizado. Esta analise esta descrita na


figura 4.22.

Podemos observar que a tecnica de CRE foi bem sucedida no offload das macro-

celulas pois com o aumento do valor de biasCRE aumenta tambem o debito binario medio

dos utilizadores das macro-celulas. Isto deve-se ao facto de existirem mais utilizadores

associados as pico-celulas devido a extensao do seu sector proveniente da utilizacao da

tecnica CRE. Ao se ligarem as pico-celulas, estes utilizadores obtem maiores debitos

binarios (como se pode observar na figura 4.21) para si mesmos e ao aliviarem a carga

da macro-celula disponibilizam mais recursos para os utilizadores que ainda se encontram

ligados a esta celula consequentemente aumentando o seu debito binario.

Figura 4.22: Debito binario medio por utilizador das macro-celulas (Npico = 6)

Como foi referido anteriormente, para biasCRE = 16 dB, o valor do debito binario para

os utilizadores das macro-celulas aproxima-se muito do debito binario para os utilizadores

das pico-celulas e maximiza o debito geral da rede. No caso em que as pico-celulas sao

colocadas pela operadora de telecomunicacoes este e o valor ideal a utilizar por maximizar

o debito total do sistema. No entanto, se as pico-celulas sao colocadas com o objetivo de

melhor a qualidade do servico na area em que sao colocadas comparativamente ao resto

da rede, devem ser utilizados valores de biasCRE mais baixos com o fim de aumentar os

debitos das pico-celulas.

Para assegurar que todos os utilizadores da rede sao servidos igualmente, e necessario

analisar o debito binario do percentil 5 dos utilizadores — isto e, dos 5% dos utilizadores

com piores debitos. Este valor descreve os utilizadores que se encontram no extremo das

celulas (cell edge) e esta representado na figura 4.23.

Analisando a figura, podemos observar que a introducao da tecnica de CRE prejudica

a igualdade dos utilizadores da rede pois o debito do percentil 5 diminui com o aumento

de biasCRE. Isto significa que tem de existir um balanco (tradeoff ) entre:

• desempenho maximo da rede — onde utilizar o maior valor de biasCRE e otimo;


Figura 4.23: Debito binario do percentil 5 dos utilizadores (Npico = 6)

• desempenho das pico-celulas — onde o valor maximo de biasCRE torna o seu de-

sempenho igual ao das macro-celulas;

• igualdade entre os utilizadores da rede e garantia da qualidade do servico indepen-

dentemente da localizacao do utilizador — onde a tecnica de CRE e prejudicial.

E de notar ainda que existe uma grande diferenca entre os valores para as zonas

proxima e distante do centro da macro-celula na maioria dos graficos apresentados ante-

riormente. Esta diferenca vem do facto de existir menor interferencia da macro-celula nas

zonas exteriores e de existirem tambem maiores distancias entre as pico-celulas colocadas

diminuindo a interferencia causada entre si.

Capıtulo 5

Conclusao e Trabalho Futuro

Neste capıtulo pretende-se sumarizar e analisar os resultados obtidos no capıtulo 4. O

objetivo deste trabalho e o de analisar a colocacao de pico-celulas em cenarios ja existentes

com redes compostas por macro-celulas. A introducao de pico-celulas e utilizada para

aumentar a capacidade do sistema em alternativa a tecnica atual de introduzir mais

macro-celulas.

Pretende-se entao estudar os efeitos que a localizacao das pico-celulas, o numero de

pico-celulas colocadas e a tecnica de extensao de sectores chamada CRE tem sobre o

sistema.

Inicialmente estudou-se os efeitos da introducao de uma pico-celula no sistema vari-

ando a sua localizacao. Como seria de esperar, a pico-celula tem uma influencia mais

positiva no sistema quando e colocada em areas com um sinal do macro-eNodeB mais

fraco. Assim, a colocacao da pico-celula fora do feixe principal do macro-eNodeB e nas

zonas mais exteriores da macro-celula da origem a valores medios de SINR superiores,

sugerindo um melhor desempenho do sistema.

De seguida procurou-se aferir sobre a introducao de duas pico-celulas muito proximas.

A colocacao das celulas segue regras semelhantes as do caso anterior sendo preferıvel que

a sua posicao seja fora do feixe principal do macro-eNodeB e nas zonas exteriores da

macro-celula desta forma evitando grandes interferencias por parte do macro-eNodeB.

Comparando este caso com o caso com apenas uma pico-celula, conclui-se que no aspeto

geral de todo o mapa simulado (ROI) o SINR geral diminui.

Apos a analise aos casos com uma e duas pico-celulas colocadas, procedeu-se a si-

mulacao de cenarios mais complexos em que se varia o numero de pico-celulas por sector

de macro-celula, a distancia da colocacao das pico-celulas em relacao ao centro da macro-

celula em que sao colocadas e o valor de bias da tecnica de CRE (Cell Range Extension)

utilizado. Concluiu-se que a medida que mais pico-celulas sao introduzidas no sistema,

melhores sao os resultados obtidos pois ha um maior offload da rede de macro-celulas ja

existente obtendo-se melhores debitos binarios tanto para a totalidade dos utilizadores

como para os utilizadores das pico-celulas. A distancia ao centro da macro-celula afeta

45

CAPITULO 5. CONCLUSAO E TRABALHO FUTURO 46

o sistema da mesma maneira que os casos anteriores (com uma ou duas pico-celulas)

— quanto mais longe do centro da macro-celula forem colocadas, melhor o desempenho

do sistema devido a reducao da interferencia da macro-celula sobre as pico-celulas e ao

aumento da distancia entre as pico-celulas por se tratar de uma area maior. Quanto a

tecnica de CRE, nao foram visıveis melhorias quando esta e utilizada em conjunto com a

distribuicao de UEs proposta pela 3GPP [18] (ver seccao 3.5.1). A introducao de um valor

de bias aumenta a area das pico-celulas para que hajam mais utilizadores a serem servidos

pelas mesmas a custa de uma diminuicao do SINR destas celulas. Devido a distribuicao

utilizada (recomendada pela 3GPP), o numero de utilizadores por pico-celula e constante

e portanto esta tecnica nao surte um efeito positivo.

Procedeu-se entao a analise de casos semelhantes utilizando uma distribuicao de UEs

aleatoria e uniforme. Esta distribuicao permite a simulacao de tecnicas de extensao dos

sectores pois os UEs nao sao diretamente associados a determinadas celulas, sao apenas

distribuıdos pelo mapa da simulacao e ligam-se a celula que esta no momento a cobrir o

ponto onde se encontram. Inicialmente simularam-se os cenarios em que a distribuicao

anterior foi bem sucedida com o objetivo de validar os resultados obtidos caso estes fossem

semelhantes, o que se verificou. Passou-se depois a simulacao de cenarios onde se utiliza

a tecnica de CRE descrita anteriormente. Concluiu-se que esta tecnica oferece um bom

offload da macro-celula por parte das pico-celulas, no entanto e necessario haver um

equilıbrio. Este equilıbrio (tradeoff ) e entre o desempenho total do sistema (vantajoso

para a operadora), o desempenho das pico-celulas (caso se pretenda que estas tenham

um melhor servico que as macro-celulas) e a igualdade entre os utilizadores da rede e

garantia da qualidade de servico. O valor de bias utilizado e o fator decisivo para regular

o equilıbrio entre as grandezas mencionadas.

Podemos entao dizer que a utilizacao de pico-celulas e benefica para o sistema. A sua

introducao melhora os debitos binarios do conjunto total dos utilizadores, sendo assim

uma mais valia para o operador da rede movel, e melhora significativamente o debito

binario dos utilizadores servidos pelas pico-celulas. A tecnica de CRE cumpre o seu

objetivo de offload da macro-celula. A colocacao das pico-celulas nas zonas de menor

interferencia e um fator importante que nao deve ser desprezado. Nas simulacoes mais

complexas verificou-se que o desempenho do sistema melhora bastante quando as pico-

celulas sao colocadas nas zonas distantes do centro da macro-celula. Conjugando este

resultado com os resultados obtidos quando foi simulada a colocacao de apenas uma pico-

celula, conclui-se que a colocacao cuidada das pico-celulas em areas de baixa interferencia

da macro-celula (orlas da celula e fora do feixe principal da antena do sector) e mantendo

maiores distancias entre as pico-celulas origina resultados muito positivos.

De futuro dever-se-ia estudar os efeitos da introducao de femto-celulas em vez de

pico-celulas. Femto-celulas sao celulas pequenas colocadas em casa dos clientes ou nos es-

critorios das empresas (indoor). Esta abordagem traz outra dificuldade na implementacao

CAPITULO 5. CONCLUSAO E TRABALHO FUTURO 47

devido a necessidade de introduzir perdas de insercao (Penetration Loss) devidas a perda

de potencia do sinal eletromagnetico quando atravessa as paredes do edifıcio. Uma sim-

plificacao inicial seria a de incluir toda a femto-celula no interior do edifıcio, assumindo

que todos os UEs que estejam fora do edifıcio se conectam a macro-celula e todos os que

estao no interior a femto-celula.

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Posicionamento de pico-c elulas numa rede LTE · com menor cobertura, ... MIMO Multiple Input Multiple Output NB NodeB ... WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access. Cap