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UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA MÁSTER TICRM (TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Y COMUNICACIONES EN REDES MÓVILES) CURSO 2009-2010 TRABAJO FIN DE MÁSTER INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIÓN SEPTIEMBRE 2010 AUTOR: VANESA MONTERO FERNÁNDEZ DIRECTOR: DRA. ÁNGELA HERNÁNDEZ SOLANA ANÁLISIS DE LA INCLUSIÓN DE ESTACIONES RELAY EN UN SISTEMA DE COMUNICACIONES MÓVILES OFDMA Y GESTIÓN DE RECURSOS RADIO PARA LA NUEVA INFRAESTRUCTURA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y COMUNICACIONES CENTRO POLITÉCNICO SUPERIOR I  “Análisisdelainclusióndeestacionesrelayen unsistemadecomunicacionesmóvilesOFDMA ygestiónderecursosradioparalanueva infraestructura”  Resumen Los sistemas celulares actuales para comunicaciones inalámbricas, en los que una estación base sirve a todos los usuarios de una celda, presentan casos críticos a la hora de que todos los móviles puedan recibir un servicio adecuado y conseguir una cobertura ubicua. Claro está que los móviles cercanos a una estación base recibirán en el enlace descendente (DL- DownLink ) y transmitirán en el enlace ascendente (UL- UpLink ) con más holgura que los usuarios que se encuentran en el exterior de la celda, pues éstos requieren mayor potencia para obtener una SINR ( Signal to Interference and Noise Ratio ) adecuada al estar más cerca de celdas adyacentes que provocan sobre los mismos una elevada interferencia. Además estos usuarios problemáticos no pueden recibir/transmitir con toda la potencia que podrían requerir, pues hay que imponer determinadas restricciones que limiten el perjuicio que su transmisión implica sobre otros usuarios de la red. Así, los usuarios que se encuentran en el exterior de la célula, o más genéricamente hablando, aquéllos que poseen con la estación base de la que deben recibir servicio unas malas condiciones de canal, provocan la necesidad de implementación de nuevas técnicas que mejoren su situación y no limiten la capacidad de la celda. Una solución adecuada podría ser el despliegue de un mayor número de estaciones base con la consecuente reducción del tamaño de las celdas y el beneficio que ello provoca sobre las condiciones de canal de los usuarios, aunque el coste de infraestructura sería excesivo. Sobre este concepto de reducir virtualmente el tamaño de la celda, surge la idea de la búsqueda de nuevas entidades más sencillas, y por lo tanto de menor coste, y que sirvan de soporte auxiliar para los casos en los que el enlace directo entre una estación base y un usuario no es lo suficientemente bueno como para garantizar la calidad del servicio. Estas entidades son las estaciones relay, que podrían entenderse como pequeñas estaciones base con menor autonomía y de más sencilla implementación, que formarían junto con la infraestructura estándar un sistema multisalto, y para las que no es necesaria una comunicación cableada con las estaciones base ni entre ellas, sino wireless . El objetivo de este Trabajo Fin de Máster es estudiar el impacto que se deriva de la inclusión de nodos relays en la infraestructura de un sistema de comunicaciones móviles de banda ancha OFDMA ( Orthogonal Frequency Division Multiple Access ) en el enlace descendente y analizar y proponer diferentes métodos de gestión de recursos radio, de modo que el gasto extra de los mismos, requerido para el soporte de un mayor número de enlaces, pueda verse compensado por técnicas que aprovechen el espectro de una manera más agresiva, sin que ello derive en un elevado aumento de la interferencia que supondría un perjuicio en el funcionamiento de la red. III  ÍndiceGeneral Resumen I Referencias XI Abreviaturas y Acrónimos XV 1. Introducción 1 1.1 Introducción a los sistemas en modo Relay............................................................ 1 2. RRM en Modo Relay 5 2.1 RRM en modo Relay, análisis teórico...................................................................... 5 3. Resultados obtenidos 17 3.1 Análisis de resultados........................................................................................... 17 3.2 Algoritmo propuesto............................................................................................. 28 4. Conclusiones y Líneas Futuras 35 4.1 Conclusiones........................................................................................................ 35 4.2 Líneas Futuras...................................................................................................... 36 ANEXOS 37 A. Tipos de Estaciones Relay 39 A.1 Aplicaciones de los Nodos Relay............................................................................ 39 A.2 Scheduling en Modo Relay.................................................................................... 41 A.3 Tipos de estaciones Relay..................................................................................... 42 A.4 Modos de aplicación en función del tipo de Relay…….............................................. 45 B. Señalización en Modo Relay 49 B.1 Estructura de trama MAC Modo Relay.................................................................... 49 B.1.1 Señalización para el modo transparente (Tipo 2)......................................... 56 B.1.2 Señalización para el modo no transparente (Tipo 1).................................... 60 B.2 Mapeado de mecanismos de recuperación de errores............................................. 66 B.2.1 Temporización HARQ................................................................................ 66 B.3 HARQ en Modo Relay........................................................................................... 69 B.3.1 Relays Transparentes (Tipo 2)................................................................... 69 IV Índice General B.3.2 Relays no Transparentes (Tipo 1)............................................................... 73 C. Escenario de evaluación 83 C.1 Parámetros de evaluación..................................................................................... 83 D. Simulaciones previas 87 D.1 Resultados de las simulaciones............................................................................. 87 V  ÍndicedeFiguras Figura 1.1. Enlaces soportados en un sistema de comunicaciones móviles en modo relay........ 2 Figura 2.1. Estructura básica de un sistema multisalto con relays........................................... 5 Figura 2.2. Modo de funcionamiento no-transparente.......................................................... 6 Figura 2.3. Modo de funcionamiento transparente............................................................... 7 Figura 2.4. Ejemplo de esquema de partición de recursos para un despliegue de 6 RS por R_BS. Se asume multiplexado TD entre el backhaul y el enlace de acceso al relay [16].................................................................................................................................... 8 Figura 2.5. Ejemplos de distintas opciones de partición de recursos para las transmisiones de R_BS y RS [16].................................................................................................................... 8 Figura 2.6. Algoritmo de reúso frecuencial PF7..................................................................... 9 Figura 2.7. Ejemplos de algoritmo de reúso frecuencial PF4................................................... 9 Figura 2.8. Algoritmo de reúso frecuencial PF3..................................................................... 10 Figura 2.9. Esquema de subtramas para modo relay, relays half-duplex................................. 13 Figura 2.10. Definición de subtramas unicast tras NTTI subtramas blancas consecutivas........... 14 Figura 2.11. Número de UE soportados en la red en función del método RRM implementado... 15 Figura 3.1. SINR obtenida en PF7 despliegue 1, MCS fija 16-QAM ½...................................... 21 Figura 3.2. SINR obtenida en PF7 despliegue 2, MCS fija 16-QAM ½..................................... 22 Figura 3.3. SINR obtenida en PF4 despliegue 1, MCS fija 16-QAM ½..................................... 22 Figura 3.4. SINR obtenida en PF4 despliegue 2, MCS fija 16-QAM ½..................................... 22 Figura 3.5. SINR obtenida en PF3, MCS fija 16-QAM ½......................................................... 23 Figura 3.6. SINR obtenida en cada algoritmo RRM simulado, MCS adaptativa......................... 25 Figura 3.7. Esquema de coordinación para relays half-duplex................................................ 26 Figura 3.8. Interferencias potenciales en el enlace backhaul, PF4 despliegue 2, relays halfduplex................................................................................................................................. 27 Figura 3.9. SINR obtenida para el método PF4 despliegue 2, MCS fija 16-QAM ½, simulación relays half-duplex................................................................................................................. 28 Figura 3.10. Algoritmo RRM en modo relay propuesto.......................................................... 29 Figura 3.11. SINR obtenida para el método propuesto, MCS fija 16-QAM ½, simulación relays half-duplex.......................................................................................................................... 29 Figura 3.12. SINR obtenida para el método propuesto, MCS fija 16-QAM ½, simulación relays half-duplex con reserva de recursos para el enlace backhaul................................................... 30 Figura 3.13. SINR obtenida para el método propuesto, MCS adaptativa, simulación relays half-duplex.......................................................................................................................... 31 Figura 3.14. SINR obtenida para un sistema de comunicaciones infraestructura estándar vs. sistema en modo relay, MCS fija 16-QAM ½........................................................................... 33 VI Índice de Figuras Figura 3.10. SINR obtenida para un sistema de comunicaciones infraestructura estándar vs. sistema en modo relay, MCS adaptativa................................................................................. 33 Figura A.1. Uso de Estaciones Relay para extender la cobertura............................................. 40 Figura A.2. Uso de Estaciones Relay para aumentar la capacidad en los bordes de la célula y balancear la capacidad en el área celular............................................................................... 40 Figura A.3. Celda en modo relay.......................................................................................... 40 Figura A.4. Uso de Estaciones Relay para cubrir zonas de sombra.......................................... 41 Figura A.5. Uso de nodos relay compartidos por varias celdas............................................... 41 Figura A.6. Área de cobertura en modo cooperativo, relays tipo II......................................... 46 Figura A.7. Área de cobertura en modo no cooperativo, relays tipo II.................................... 47 Figura B.1. Mapeado frecuencial de las transmisiones en el backhaul y enlace de acceso al relay................................................................................................................................... 50 Figura B.2. Opciones de mapeado frecuencial de las transmisiones en el backhaul para duplexado FDD.................................................................................................................... 51 Figura B.3. Mapeado de datos y control para la comunicación en modo relay DL.................... 53 Figura B.4. Mapeado de datos y control para la comunicación en modo relay UL.................... 53 Figura B.5. Nomenclatura de los canales de los diferentes enlaces en modo relay................... 54 Figura B.6. Mapeado de datos y control para la comunicación en modo relay FDM DL............. 54 Figura B.7. Mapeado de datos y control para la comunicación en modo relay TDM DL............. 55 Figura B.8. Zona relay dinámica mediante particiones (R-PDCCH y datos backhaul TDM) DL.... 55 Figura B.9. Mapeado de datos y control para la comunicación en modo relay FDM/TDM DL..... 56 Figura B.10. Comunicación RS->UE usando subtramas normales (izquierda) y comunicación R_BS->RS usando subtramas blanca (derecha) multiplexadas TDM......................................... 57 Figura B.11. Estructura de la subtrama blanca en la que la información de control R-PDCCH va mapeada en los mismos recursos que la información de control a los macro UEs (primeros símbolos OFDM)................................................................................................................... 57 Figura B.12. Estructura de la subtrama en la que el RS puede mandar los datos a sus UEs ya que no requiere recibir señalización....................................................................................... 57 Figura B.13. Estructura de la subtrama blanca en la que la información de control semiestática R-PDCCH va mapeada en distintos recursos que la información de control a los macro UEs..................................................................................................................................... 58 Figura B.14. Estructura de la subtrama blanca en la que la información de control dinámica R-PDCCH va mapeada en distintos recursos que la información de control a los macro UEs....... 58 Figura B.15. Estructura de la subtrama UE => RS para relay half-duplex............................... 58 Figura B.16. Estructura de la subtrama RS => R_BS para relay half-duplex........................... 59 Figura B.17. Estructura de la subtrama con multiplexado en frecuencia e información de control conjunta a la de los usuarios...................................................................................... 59 Figura B.18. Estructura de la subtrama con multiplexado en frecuencia e información de control a parte de la de los usuarios...................................................................................... 59 Figura B.19. Estructura de la subtrama UL para relay full-dúplex........................................... 60 Figura B.20. Subtramas del enlace backhaul y access decaladas temporalmente.................... 62 Figura B.21. Subtramas del enlace backhaul y access con recursos específicos para la señalización R_BS->RS......................................................................................................... 62 VII Índice de Figuras Figura B.22. Estructura de la subtrama blanca con información de control semi-estática R- PDCCH................................................................................................................................ 63 Figura B.23. Estructura de la subtrama blanca con información de control dinámica R-PDCCH 63 Figura B.24. Estructura de la subtrama en la que el RS no recibe información de control y puede mandar los datos a sus UEs........................................................................................ 63 Figura B.25. Estructura de la subtrama con multiplexado en frecuencia e información de control semi-estática............................................................................................................ 64 Figura B.26. Estructura de la subtrama con multiplexado en frecuencia e información de control dinámica.................................................................................................................. 64 Figura B.27. Mapeado físico de canales de señalización y datos en los enlaces DL del “backhaul” y de acceso, para un relay no transparente (Transmisión R_BS y RS síncrona)......... 65 Figura B.28. Mapeado físico de canales de señalización y datos en los enlaces UL del “backhaul” y de acceso, para un relay no transparente (Transmisión R_BS y RS síncrona)......... 66 Figura B.29. Temporización para el enlace descendente en el modo FDD............................... 67 Figura B.30. Temporización para el enlace ascendente en el modo FDD................................. 67 Figura B.31. Relay transparente. HARQ en modo cooperativo para reTx en el DL................... 69 Figura B.32. Relay transparente. HARQ en modo cooperativo para reTx en el UL.................... 70 Figura B.33. Relay transparente. HARQ para reTx en el UL. Solución 2.................................. 71 Figura B.34. Relay transparente. HARQ para reTx en el UL. Solución 2, recuperación de error en la decodificación del paquete original................................................................................ 71 Figura B.35. Relay transparente. HARQ para reTx en el UL. Solución 2, recuperación de error en la decodificación del paquete original................................................................................ 71 Figura B.36. Relay transparente. HARQ para reTx en el UL. Solución 2, recuperación de error en la retransmisión............................................................................................................... 72 Figura B.37. Relay transparente. HARQ en modo cooperativo para 1ª Tx y posteriores reTx en el DL.............................................................................................................................. 73 Figura B.38. Mapeado físico de canales de señalización y datos en los enlaces “backhaul” y de acceso, para un relay no transparente............................................................................... 74 Figura B.39. HARQ síncrono/no adaptativo, nodo a nodo para relay no transparente con scheduling centralizado. Transporte agregado en el backhaul. Enlace DL................................. 77 Figura B.40. HARQ síncrono/ adaptativo, nodo a nodo para relay no transparente con scheduling centralizado. Transporte agregado en el backhaul. Enlace DL................................. 77 Figura B.41. HARQ síncrono/no adaptativo, nodo a nodo para relay no transparente con scheduling centralizado. Transporte no agregado en el backhaul. Enlace DL............................. 78 Figura B.42. HARQ extremo a extremo para relay no transparente con scheduling centralizado. Enlace DL........................................................................................................78 Figura B.43. HARQ síncrono/ adaptativo nodo a nodo para relay no transparente con scheduling centralizado. Enlace UL........................................................................................ 79 Figura B.44. HARQ síncrono/no-adaptativo nodo a nodo para relay no transparente con scheduling centralizado. Enlace UL........................................................................................ 79 Figura B.45. Ejemplo de modo de funcionamiento HARQ síncrono en relay no transparente y scheduling distribuido en el DL.............................................................................................. 80 XV  AbreviaturasyAcrónimos 3GPP ↔ Third (3rd) Generation Partnership Project ACK ↔ Acknowledgment AF ↔ Amplify and Forward AMC ↔ Adaptive Modulation and Coding AR-PCFICH ↔ Acceso Relay Physical Control Format Indicator Channel AR-PDCCH ↔ Acceso Relay Physical Downlink Control Channel AR-PDSCH ↔ Acceso Relay Physical Downlink Shared Channel AR-PHICH ↔ Acceso Relay Physical Channel AR-PUCCH ↔ Acceso Relay Physical Uplink Control Channel AR-PUSCH ↔ Acceso Relay Physical Uplink Shared Channel ARQ ↔ Automatic Report Request BCH ↔ Broadcast Channel BER ↔ Bit Error Rate BLER ↔ Block Error Rate CCH ↔ Control Channel CQI ↔ Channel Quality Indicator DF ↔ Decode and Forward DL ↔ Downlink FD ↔ Frequency Division FDD ↔ Frequency Division Duplex FDM ↔ Frequency Division Multiplex FEC ↔ Forward Error Correction FFR ↔ Fractional Frequency Reuse FFT ↔ Fast Fourier Transform FRF ↔ Fractional Reuse Factor XVI HARQ ↔ Hybrid Automatic Report Request ID ↔ Identity IEEE ↔ Institute of Electrical and Electronic Engineers IFFT ↔ Inverse Fast Fourier Transform IP ↔ Internet Protocol L1 ↔ Layer 1 L2 ↔ Layer 2 L3 ↔ Layer 3 LOS ↔ Line of Sight LTE ↔ Long Term Evolution MAC ↔ Medium Access Control MBSFN ↔ Multicast Broadcast Single Frequency Network MCS ↔ Modulation and Coding Scheme NACK ↔ Negative Acknowledgment NLOS ↔ Non Line of Sight OFDM ↔ Orthogonal Frequency Division Multiplex OFDMA ↔ Orthogonal Frequency Division Multiple Access PBR ↔ Primary Backhaul Resource PCFICH ↔ Physical Control Format Indicator Channel PDCCH ↔ Physical Downlink Control Channel PDSCH ↔ Physical Downlik Shared Channel PF ↔ Partition Factor PF ↔ Proportional Fair PHICH ↔ Physical Channel PUCCH ↔ Physical Uplink Control Channel PUSCH ↔ Physical Uplink Shared Channel QAM ↔ Quadrature Amplitude Modulation QoS ↔ Quality of Service QPSK ↔ Quadrature Phase Shift Keying R_BS ↔ Relay Base Station RB ↔ Resource Block XVII R-DCI ↔ Relay Downlink Control Information RF ↔ Radio Frequency RLC ↔ Radio Link Control R-MAC ↔ RElay Medium Access Control R-PCFICH ↔ Relay Physical Control Format Indicator Channel R-PDCCH ↔ Relay Physical Downlink Control Channel R-PDSCH ↔ Relay Physical Downlink Shared Channel R-PHICH ↔ Relay Physical Channel R-PUCCH ↔ Relay Physical Uplink Control Channel R-PUSCH ↔ Relay Physical Uplink Shared Channel RRC ↔ Radio Resource Control RRM ↔ Radio Resource Management RS ↔ Relay Station RSSI ↔ Received Signal Strengh Indication Rx ↔ Recepción SBR ↔ Secondary Backhaul Resource SDU ↔ Service Data Unit SINR ↔ Signal to Interference and Noise ratio SR ↔ Scheduling Request TB ↔ Transport Block TD ↔ Time Division TDD ↔ Time Division Duplex TDM ↔ Time Division Multiplex TTI ↔ Transmission Time Interval Tx ↔ Transmisión UE ↔ User Equipment UL ↔ Uplink WiMAX ↔ Worldwide Interoperability for Microwave Access 1   Introducción Enestecapítulosedescribe,amododeintroducción,elmarcosobreelquesurge laposibilidaddeimplementacióndeunsistemadecomunicacionesmóvilessobreelque seañadenlasestacionesrelay. 1.1. Introducción a los sistemas en modo Relay Actualmente y cada vez más, las nuevas tecnologías desarrolladas en torno a las redes de comunicaciones inalámbricas de nueva generación, buscan la provisión de una alta tasa de transferencia de datos ubicua de una manera eficiente, de modo que para alcanzar este objetivo es necesario utilizar estrategias agresivas que permitan una mayor reutilización de los recursos radio. Además para que la cobertura wireless sea ubicua ha de proporcionarse un servicio confiable en todo el área que cubre una estación base, ya que si la capacidad se puede distribuir de manera adecuada en toda la zona de cobertura de la red, los subscriptores podrán acceder a ésta de una manera más eficiente. En estos sistemas celulares de redes móviles de última generación se utiliza la técnica de acceso múltiple OFDMA ( Orthogonal Frequency Multiple Access ) [1] con objeto de aprovechar determinadas características relevantes y propias de la misma para beneficio del funcionamiento del sistema, como la asignación de los recursos en bloques frecuenciales y temporales (RB: Resource Block ), su resistencia inherente al desvanecimiento multitrayecto de carácter selectivo en frecuencia, y el aprovechamiento de la diversidad multiusuario que puede lograrse, pudiendo repartir los recursos de una manera flexible en función de las condiciones en las que se encuentran temporalmente los usuarios para maximizar la capacidad de la red. Así pues, OFDMA ha sido considerado el nuevo interfaz aire utilizado por las recientes generaciones de comunicaciones móviles (3G y futura 4G), y de hecho, existe ya una amplia variedad de tecnologías inalámbricas que hacen uso de OFDMA como LTE ( Long Term Evolution ) [2] o WiMAX ( Worldwide Interoperability for Microwave Access ) [3]. Sin embargo una de las mayores problemáticas asociadas a las nuevas redes celulares, en las que se pretende utilizar, al menos, un reúso unidad a nivel de celda, de modo que todos los recursos (ancho de banda) se encuentren disponibles en cada una de las células con objeto de poder maximizar la capacidad soportada, es la asignación de recursos que puede ofrecerse a los usuarios que se encuentran en malas condiciones de canal con la estación base que les debe dar servicio. Estos usuarios necesitarían para poder recibir/transmitir con alta probabilidad de éxito, una elevada potencia que permita la demodulación de la señal con una SINR ( Signal to Noise and Interference Ratio ) adecuada, y esto a su vez derivaría en un aumento de la interferencia que se provoca sobre las celdas vecinas, que utilizan los mismos recursos. Son muchas las propuestas que se barajan actualmente con objeto de intentar solucionar este problema, analizando y estudiando por ejemplo diferentes técnicas de coordinación de las celdas, de modo que los recursos asignados a los usuarios que se encuentran alejados de la estación base (o más genéricamente hablando, aquéllos que poseen unas malas condiciones de canal con la misma), se gestionan de modo que pertenezcan a diferentes bandas frecuenciales en las que se divide el 2 Capítulo 1: Introducción espectro, por lo que se reduce ligeramente la libertad del scheduler pero se consigue un mayor control de los recursos potencialmente interferentes (coordinación frecuencial) [4]. Existen igualmente diferentes propuestas relacionadas con la coordinación en potencia [5], que establece diferentes máscaras de potencia con las que se puede transmitir/recibir en función de la celda y de las condiciones de canal del móvil, y que pueden ser aplicadas de forma aislada o conjuntamente con las anteriormente descritas. Otra posible solución podría ser el despliegue de un mayor número de estaciones base de menor potencia con la consecuente reducción del tamaño de las celdas y el beneficio que ello ocasiona sobre las condiciones de canal de los usuarios, aunque el coste de infraestructura y la complejidad del sistema se incrementarían drásticamente. Inspirado en este concepto de la reducción de la distancia entre los usuarios y la entidad que les debe dar servicio, con la disminución de las pérdidas de canal que ello implica, surge el concepto de los nodos relay [6]-[8], que podrían entenderse como pequeñas estaciones base con menor autonomía y de más sencilla implementación, que formarían junto con la infraestructura estándar un sistema multisalto, y para los que no es necesaria una comunicación cableada con las estaciones base ni entre ellos, sino wireless . De este modo, la combinación de OFDMA con técnicas de retransmisión en las que intervienen las estaciones relay permitirá la provisión de un mejor rendimiento de las redes de comunicaciones móviles, y ofrecerá una probabilidad de acceso a la red más homogénea sobre la que no influyan tan drásticamente las condiciones del usuario en un instante dado. La introducción del modo relay en un sistema de comunicaciones móviles implica la incorporación de dos nuevos elementos de red: la R_BS ( Relay Base Station ), que no es más que una estación base con capacidad para el soporte de comunicaciones con los UEs ( User Equipments ) a través de nodos relay, y las propias estaciones o nodos relay (RS: Relay Station ). Asimismo, implica el soporte de dos tipos de enlaces: R_BS  RS (enlace backhaul ), y RS  UE (enlace de acceso al relay o access ), que conviven con el enlace directo R_BS  UE (enlace de acceso macro o enlace directo). Los UEs deben tener la capacidad de establecer comunicaciones a través del relay o establecer comunicaciones directas con la infraestructura. De hecho, será frecuente la referencia de UE macro cuando éste se comunique directamente con la R_BS, o de UE relay cuando lo haga a través del relay. La adición en la infraestructura de un sistema de comunicaciones móviles de estaciones relay deriva en la necesidad de diseñar nuevos algoritmos de gestión de recursos radio (RRM, Radio Resource Management ) que permitan maximizar la capacidad del canal o minimizar los efectos adversos derivados de la inclusión de dichas entidades, como la sobrecarga de señalización ( overhead ) consecuente de un mayor número de transmisiones necesarias para el soporte de las comunicaciones en sistemas multisalto (Figura 1.1 ). Enlace backhaul Enlace access relay Enlace access directo RS UE R_BS Enlace backhaul Enlace access relay Enlace access directo Enlace backhaul Enlace access relay Enlace access directo RS UE R_BS Enlace backhaul Enlace access relay Enlace access directo Figura 1.1 . Enlaces soportados en un sistema de comunicaciones móviles en modo relay La búsqueda de nuevas propuestas de gestión de recursos radio para el soporte de los nuevos enlaces añadidos ha de permitir una mayor reutilización de los recursos de la red, de modo que el gasto de los mismos, necesario para la señalización extra y para las transmisiones en dos fases, se vea compensado, y el número de subscriptores que pueden recibir servicio en un instante temporal 3 Capítulo 1: Introducción no se vea reducido por el hecho de utilizar el soporte auxiliar de las entidades relay. Sin embargo la reutilización de los mismos recursos supone un aumento de la interferencia a nivel de celda y entre las celdas vecinas de la red que puede suponer un problema en el correcto funcionamiento del sistema. En líneas generales, es fácil identificar los siguientes escenarios de interferencia:  Interferencia de las transmisiones de la R_BS sobre UEs servidos por un RS.  Interferencia de las transmisiones de un RS sobre los UE servicios por la R_BS.  Interferencia de las transmisiones de un RS sobre los UEs servidos por otros RSs.  Auto-interferencia en el caso de relays con doble cadena de RF ( Radio-Frequency ) (para transmisión y recepción) en la misma banda frecuencial. Las soluciones para evitar la interferencia pueden estudiarse desde dos puntos de vista, aunque básicamente el concepto decisivo para el control de la misma es la utilización de recursos ortogonales (diferentes RBs) en los enlaces potencialmente más interferentes.  Mediante partición de recursos entre las transmisiones de la R_BS y del RS, lo que implica que en determinadas circunstancias se produce una infrautilización de los recursos frecuenciales.  Mediante utilización de información dinámica de los niveles de interferencia soportados en los distintos recursos frecuenciales para asignar dinámicamente recursos de forma que los enlaces interferentes sean ortogonales. Este tipo de gestión implica conocer para cada UE los enlaces más interferentes, con la consiguiente clasificación de los mismos. De este modo, para todos aquellos móviles que se encuentran en buenas condiciones, no sería necesario ni recomendable el empleo de nodos relay para el establecimiento de la comunicación, ya que la utilización de los mismos implica un retardo en la transmisión, un gasto extra de recursos para soportar el nuevo enlace, y una adecuada gestión de los mismos para evitar un excesivo aumento de interferencia, mientras que para aquellos usuarios para los que resulta complicada una buena comunicación con la estación base, podrá ser interesante que la transmisión se realice en dos fases, gracias al soporte auxiliar de dichas estaciones relay, siempre que se consiga un compromiso entre las ventajas que se obtienen de la utilización de los mismos (mayor posibilidad de los usuarios de acceder a la red independientemente de su canal con la estación base) y los problemas que se acarrean. Por ello y sobre esta línea de investigación de partición de recursos ortogonales entre los enlaces potencialmente más interferentes, el objetivo de este Trabajo Fin de Máster es el análisis y propuesta de diferentes esquemas de Gestión de Recursos Radio que permitan un adecuado compromiso entre la capacidad de subscriptores soportados y la calidad de las comunicaciones a las que se ofrece servicio, evaluando el impacto que cada método supone en la red. 5   RRMenmodoRelay Enestecapítuloseanalizan,demanerateórica,diferentespropuestasde GestióndeRecursosRadioenmodoRelayencontradasenlaliteratura. 2.1. RRM en modo Relay, análisis teórico Cómo realizar la gestión de recursos radio (RRM) en un entorno tan complejo como el de una red de comunicaciones móviles sobre la que se van a utilizar de manera auxiliar, para los casos en los que una comunicación directa con la estación base no ofrezca una alta probabilidad de éxito, las estaciones relay, no se vislumbra con claridad a primera vista ni ofrece una solución trivial. Sin embargo, existe un consenso sobre la necesidad de diseñar algoritmos inteligentes RRM de alta eficiencia en ancho de banda que puedan sacar pleno provecho al potencial de este tipo de redes. La intención global es la de mejorar el throughput o capacidad del sistema, en el que influyen factores como el de garantizar la equidad entre estaciones subscriptoras o la consideración de diferentes clases de servicio, y permitir una cobertura homogénea de modo que los usuarios puedan recibir un servicio adecuado y no se vean limitados por sus condiciones respecto a la estación base. En el escenario evaluado en este Trabajo Fin de Máster únicamente se contempla la posibilidad de que los usuarios, o bien reciban un servicio directo a través de la estación base, o bien lo hagan a través de un relay, pero nunca se permite que la comunicación entre R_BS y UE se realice en un número mayor de saltos. Así pues en este sentido, los terminales móviles pueden utilizar la estación relay como nodo intermedio para alcanzar a la estación base, pero no es posible establecer comunicaciones entre terminales móviles utilizando exclusivamente el nodo relay sin intervención de una estación base, ni se contempla la posibilidad de establecer comunicaciones con más de dos saltos, es decir, que impliquen en la comunicación entre el terminal móvil y la estación base dos o más enlaces entre nodos relay. En realidad, los sistemas relay multisalto, cuyo esquema genérico se ilustra en la Figura 2.1 , admiten la comunicación a través de más de un nodo relay, aunque los beneficios de dicha consideración son dudosos en cuanto a retardo y gasto de recursos necesarios para el soporte de los múltiples enlaces. R_BS … Salto 1 Salto 2 Un salto Dos saltos Tres saltos Cuatro saltos Enlace de acceso Enlace de acceso Enlace de relay Escenarios contemplados UE RS de acceso RS intermedio R_BS … Salto 1 Salto 2 Un salto Dos saltos Tres saltos Cuatro saltos Enlace de acceso Enlace de acceso Enlace de relay Escenarios contemplados UE RS de acceso RS intermedio Figura 2.1 . Estructura básica de un sistema multisalto con relays 12 Capítulo 2: RRM en modo Rela y Sin embargo, a la hora de calcular la cantidad de recursos totales que hacen falta para el soporte de los relays hay que tener en cuenta el despliegue y el algoritmo de Gestión de Recursos Radio que va a emplearse, pues como se ha visto anteriormente, dependiendo del método que se implemente, se obtendrá un patrón diferente de reutilización de los recursos que influirá, directamente, en el número de ellos que es necesario reservar para la comunicación en un sistema multisalto. Teniendo en cuenta que pueden existir diferentes relays dentro de la propia celda que van a utilizar la misma banda frecuencial para sus comunicaciones con los usuarios a los que se dará servicio mediante los mismos, el número de recursos necesarios para el enlace de acceso al relay se verá reducido en los casos en los que se emplee una reutilización de los mismos. Suponiendo que se han de soportar 6 relays ( RS N) tal y como se ha explicado antes, teniendo en cuenta que en el enlace backhaul no se va a producir reutilización de los recursos pero sí en enlace access , y definiendo el factor de reúso como 6/FRF (FRF - Fractional Reuse Factor - es el número de bandas diferentes necesarias para el enlace de acceso al relay), se obtiene que la cantidad de recursos totales necesarios para la comunicación a través de los relays ( _ R S total N NRB ) es: RS total_N RS backhaul RS acceso_relay RS RS backhaul acceso relay FRF NRB =N NRB +N NRB N N NRB +FRF NRB    (2.8) Así, la eficiencia espectral al servir a los usuarios de los 6 RS N  relays es: RS RS e2e total_relay RS backhaul acceso_relay total_relay e_6relays total_N backhaul acceso_relay RS backhaul acceso_relay RS backhaul acceso_relay backhaul acceso_relay NCNRB NC C NRB C=NRB C C N NRB +FRF NRB NC C CC          total_relay acceso_relay total_relay backhaul total_relay RS backhaul acceso_relay backhaul acceso_relay RS backhaul acceso_relay RS acceso_relay backhaul backhaul RS a NRB C NRB C NRB N +FRF CC CC NC C FRF NC +FRFC C NC        1 cceso_relay      1 Si se considera que la eficiencia en el enlace backhaul y acceso macro son idénticas macro backhaul CC (esto no quiere decir que el usuario conectado al relay tenga esa eficiencia, pues en realidad su eficiencia es menor ya que necesita ocupar más recursos para tener una comunicación de las mismas características), y suponiendo que se pretende que los usuarios que se conecten al relay puedan transmitir la misma cantidad de datos, la relación entre macro NRB y un usuario relay es: R S total_N macro macro backhaul RS acceso_relay RS NRB FRF CNRB CNC N         1 1 (2.10) Como se ha explicado anteriormente, la comunicación entre R_BS y un UE relay debe establecerse en, al menos, 2 TTIs (Figura 2.9 ). Así de cada dos subtramas, se puede establecer una subtrama completa (la subtrama blanca, vacía o backhaul ) para las comunicaciones macro y el enlace backhaul y una porción  de la subtrama normal o unicast , para las comunicaciones macro, con el siguiente reparto de recursos: ( 2.9 ) 13 Capítulo 2: RRM en modo Relay     celda UEs macro UEs backhaul NRB N nRB N nRB    11 (2.11) donde  es la parte de subtrama unicast o estándar dedicada a las comunicaciones macro y  es el porcentaje de UEs que se conectarán al relay respecto al número de UEs total, y macro nRB y backhaul nRB son las demandas individuales de recursos asociadas a cada uno de los UEs en los enlaces macro con la R_BS y backhaul . En principio, se ha asumido por simplicidad que macro backhaul acceso nRB nRB nRB R_BS => RS R_BS => UER_BS => UE RS => UE αRBcelda Subtrama “blanca” Subtrama “normal” (unicast) R_BS => RS R_BS => UER_BS => UE RS => UE αRBcelda Subtrama “blanca” Subtrama “normal” (unicast) Figura 2.9 . Esquema de subtramas para modo relay, relays half-duplex La parte restante de recursos de la subtrama unicast equivale a la zona en la que se mapean los recursos entre el relay y sus usuarios. Reescribiendo la expresión anterior, se identifican los recursos dedicados al mapeo de las comunicaciones macro en la ecuación (2.12), asociados a la demanda de tráfico.    celda celda UEs backhaul UEs macro NRB NRB N nRB N nRB    1 (2.12) Considerando el consumo de recursos asociados a los usuarios conectados al relay en el enlace de acceso al relay, y dado un factor de reúso FRF, se tiene la siguiente expresión:  celda UEs acceso_relay RS FRF NRB N nRB N   1 (2.13) Para obtener la relación entre alfa y beta, jugando con las expresiones anteriores y sumando (2.11) y (2.13) se obtiene que  celda UEs macro UEs macro RS UEs macro RS FRF 2 NRB N nRB ( )N nRB N FRF NnRB N             11 1 (2.14) de donde se puede despejar el consumo de recursos asociado a los UEs macro: UEs macro celda RS NnRB = NRB FRF N         2 1 (2.15) y sustituyendo en la expresión (2.11) se obtiene: 14 Capítulo 2: RRM en modo Rela y  celda UEs macro celda RS NRB N nRB NRB FRF N             2 1 1 (2.16) Así que la zona de la subtrama unicast de recursos que debe reservarse para el mapeo de las comunicaciones relativas al enlace macro en función del porcentaje de usuarios  que se conectarán al relay responde a la expresión (2.17). RS RS FRF N FRF N          1 1 (2.17) Y la parte dedicada a las comunicaciones a través del relay (enlace access ) viene dada por la expresión (2.18).  RS RS FRF N FRF N             2 1 1 (2.18) Las expresiones anteriores, como se ha comentado, han sido calculadas en el caso en que la calidad en ambos enlaces de la transmisión multisalto sea de las mismas prestaciones. Si al comprobar experimentalmente que alguno de los enlaces permite utilizar una modulación más elevada que el otro, con el consecuente mayor volumen de tráfico que puede enviarse a través del mismo, se hará un rediseño del número de recursos necesarios para dicho enlace con mejores prestaciones para que en ambas fases la carga de datos sea equivalente y ninguno de los tramos suponga un cuello de botella. Del tipo de subtramas establecidas para la comunicación en modo relay, debe existir cada cierto tiempo, las mencionadas subtramas blancas destinadas a la comunicación backhaul , pero no tienen por qué definirse una de cada dos, podrá diseñarse de manera variable en función de la necesidad de la estación base de comunicarse con los relays. Así, si se realiza el análisis anterior de una manera más general y suponiendo que se implementa una subtrama unicast tras TTI N subtramas backhaul (Figura 2.10 ): RS => UE R_BS => UE R_BS => UE R_BS => RS Subtrama unicast o estándar N TTI Subtramas vacias, blancas o backhaul R_BS => UE R_BS => RS R_BS => UE R_BS => RS … R_BS => UE R_BS => RS Subtrama unicast o estándar R_BS => UE RS => UE RS => UE R_BS => UE R_BS => UE R_BS => RS Subtrama unicast o estándar N TTI Subtramas vacias, blancas o backhaul R_BS => UE R_BS => RS R_BS => UE R_BS => RS … R_BS => UE R_BS => RS Subtrama unicast o estándar R_BS => UE RS => UE Figura 2.10 . Definición de subtramas unicast tras NTTI subtramas blancas consecutivas se obtendrán las expresiones (2.17) y (2.18) modificadas de la siguiente manera: 15 Capítulo 2: RRM en modo Relay TTI _vacías RS RS FRF NN FRF N           1 1 (2.19)   TTI _vacías RS RS FRF NN FRF N             1 1 1 (2.20) El número de subtramas vacías en relación a las subtramas estándar que se pueden considerar dependerá del retardo tolerable para la comunicación multisalto. Por otra parte, depende también del factor de reúso y del porcentaje de usuarios que acceden al servicio. Está claro que  debe ser mayor que 0, lo implica que: TTI _vacías RS FRF NN       10 (2.21) Cuanto menor sea FRF (Figura 2.11 ) mayor porcentaje de UEs relay podrá soportarse con el mismo número de subtramas vacías presupuestadas. Además el número de usuarios soportables también depende del esquema de reúso.   TTI _vacías celda UEs celda macro TTIvacías RS RS NNRB NNRB NRB N FRF FRF NN                  111 1 11 12 14 16 18 20 22 24 26 28 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 FRF=6 FRF=3 FRF=2 Número de usuarios soportables  Estrategias PF7, PF4, PF3 Figura 2.11 . Número de UEs soportados en la red en función del método RRM implementado Este análisis realizado es únicamente una aproximación para estudiar de forma teórica la capacidad de UEs soportados en la red en función del método RRM escogido y la sobrecarga de recursos que una transmisión multisalto implica, sin embargo, en realidad el estudio es más complejo, ya que en definitiva el número de subscriptores realmente soportables dependerá fundamentalmente de la capacidad de los enlaces. En estos algoritmos el distribuir más o menos el número de subtramas vacías a priori no afecta en cuanto al número de usuarios soportables. ( 2.22 ) 17   Resultadosobtenidos Enestecapítuloseincluyenlosresultadosobtenidosdeformaexperimental, mediantesimulación,delosalgoritmosRRMenmodorelayencontradosenla literatura,ysobreaquélqueofrecemejoresprestaciones,seproponeyanalizauna varianteconobjetodetenerunmayorcontroldelainterferenciayportantounas mejoresprestacionesenlared. 3.1. Análisis de resultados Como comienzo para la comparativa de las prestaciones alcanzadas con cada uno de los métodos de gestión de recursos radio que va a analizarse, en primera instancia se realiza un estudio del enlace access , para observar en términos de capacidad, de paquetes erróneos recibidos por los usuarios (BLER: Block Error Rate / BER: Bit Error Rate ), y de SINR conseguida, tanto en los usuarios que se enganchan a la estación base como en aquéllos a los que va a dar servicio una estación relay, las posibilidades que ofrece el algoritmo propuesto. A partir de estos resultados podrá analizarse de manera indirecta el comportamiento de un sistema real que trabaja con relays de tipo half-duplex , teniendo en cuenta el gasto de recursos necesario para el enlace backhaul y el hecho de que los relays no son capaces de transmitir en todos los instantes temporales. Para la realización de las pruebas se ha utilizado una plataforma de simulación sobre la que ha sido necesaria la inclusión de las estaciones relay y la adaptación a las nuevas posibilidades de funcionamiento. Las condiciones sobre las que se han realizado las simulaciones se recogen en el Anexo C, y se basan en las utilizadas por los grupos de trabajo IEEE ( Institute of Electrical and Electronic Engineers ) y 3GPP ( Third (3 rd ) Generation Partnership Project ) [20]. En primera instancia se ha considerado, con objeto de estudiar de manera global la reutilización de los recursos en cada uno de los patrones y la interferencia generada, que la totalidad de los relays de la celda están dando servicio a sus usuarios en todas las subtramas (subtramas unicast o estándar). Posteriormente se realizarán pruebas de un escenario más realista para analizar, en el caso de interés de relays de tipo half-duplex , el comportamiento de la red cuando los relays sólo son capaces de recibir información de R_BS en una de las subtramas ( backhaul o blancas) y dar servicio a sus UEs en otra subtrama diferente, aunque a partir de las simulaciones realizadas en primer lugar puede deducirse igualmente. El número de usuarios se ha considerado elevado (90 UEs por celda) para estudiar, en condiciones de alta carga, el comportamiento de las estaciones relay y de las interferencias que los nuevos algoritmos de RRM pueden ocasionar. Los usuarios se implementan con tráfico full-buffer (todos los usuarios presentes en la red poseen permanentemente tráfico que transmitir), se desplazan aleatoriamente por la red a una velocidad de 3 Km/h, y el criterio de enganche a la entidad que les debe dar servicio, tras comprobar que engancharlos por distancia supone una infrautilización del sistema por ser elevado el número de usuarios que innecesariamente deben ser servidos por relays, será mediante RSSI ( Received Signal Strengh Indication ), de modo que los móviles se conectarán a la estación base o al relay en función de la potencia que reciban de cada entidad, teniendo en cuenta para ello la potencia de transmisión, las pérdidas por propagación y desvanecimientos que existen en 18 Capítulo 3: Resultados obtenidos cada uno de los enlaces, y las pérdidas de radiación de la antena de la R_BS (en el relay no existen estas pérdidas porque se implementan con antenas transmisoras en el DL omnidireccionales). El método de scheduling utilizado para ordenar a los usuarios por prioridades a la hora de recibir servicio es el PF ( Proportional Fair ) [21], explicado en el Anexo C. En este tipo de scheduling se pretende maximizar la tasa, por lo que los UEs en malas condiciones se verán limitados en las posibilidades de recibir servicio. La estación base transmitirá con una potencia de 43dBm [20] a repartir entre toda la banda frecuencial, y las estaciones relay transmitirán con una potencia de 37dBm a repartir únicamente entre la banda frecuencial que utilizan en la comunicación con los usuarios a los que deben dar servicio. Esta potencia ha sido ajustada de tal modo que sea comparable a la de la estación base, y estableciendo un compromiso, de manera que el número de usuarios que se conecten a un relay para recibir servicio a través de él sea suficiente como para que los recursos que se le van a asignar puedan aprovechar la diversidad multiusuario, y entre el hecho de que no es recomendable cargar excesivamente las estaciones relay por el consumo de recursos extra que ello implica. Se hicieron pruebas previamente con una potencia de transmisión en el relay de 30dBm (incluidas en el Anexo D) y quedó patente que los recursos asignados a los relays estaban sobredimensionados para el número de usuarios que se enganchaban a los mismos, que resultaba escaso, ya que con la potencia transmitida por los relays fijada a 30dBm, el número de UEs conectados a los mismos para recibir servicio a través de ellos supone un porcentaje muy bajo del total de usuarios en la celda y se produce una infrautilización de una de las ventajas principales de la modulación OFDMA, como es el aprovechamiento de la diversidad multiusuario, y unas peores prestaciones en la red. Por ello, principalmente en el caso de celdas cargadas en las que se puede hacer uso de las buenas condiciones puntuales que sufren determinados usuarios, será conveniente redimensionar el sistema de modo que el número de usuarios enganchados a un relay sea suficiente, en comparación a los recursos de que dispone para sus comunicaciones, como para poder elegir una combinación adecuada de los recursos en los que va a recibir cada UE en función de las condiciones de los mismos en dichos recursos. Por ello y para poder dar servicio a un mayor número de subscriptores, la potencia de transmisión de los relays fue elevada hasta 37dBm. Con el criterio de enganche establecido, el porcentaje de usuarios de la celda que va a conectarse con la R_BS sigue siendo mucho mayor que el porcentaje de usuarios de la celda que se enganchará a un relay, por lo que habrá que considerar que gran parte del espectro frecuencial se dedique a las comunicaciones para los usuarios macro, dimensionando de forma correcta cada una de las subbandas a asignar a cada entidad en los diferentes algoritmos RRM. Una vez que los usuarios son ordenados por prioridad según la función de scheduling , se les asignará el RB en el que mejores prestaciones puedan conseguir. Con el propósito de mantener un patrón de interferencia lo más estable posible, se establece una ordenación, de manera que los usuarios ubicados en un sector reciben, en primera instancia, recursos pertenecientes a la banda asignada a dicho sector, aunque si no existen recursos disponibles en el mismo o ninguno de los existentes ofrece una calidad de servicio lo suficientemente buena, se ofrece flexibilidad para que estos usuarios reciban, en orden de prioridad, recursos de los pertenecientes a otro de los sectores. Aquellos UEs que no cumplan el requisito de poder lograr en algún bloque de recursos las condiciones consideradas como umbrales en la simulación (conseguir al menos la SINR umbral establecida para la MCS con la que se va a servir al usuario, considerando como tal aquélla con la que para dicha modulación se consigue una probabilidad de error (BLER) del 1%) quedará sin servicio en ese instante temporal. Se han realizado las mismas pruebas con una modulación fija 16-QAM ( Quadrature Amplitude Modulation ) y tasa de codificación 1/2, en la que se permitirá la transmisión de una tasa de 240 bits (12 portadoras x 10 símbolos OFDM x 4bits/ símbolo de la modulación 16-QAM x 1/2 de tasa de codificación) en cada RB y TTI (1ms), y posteriormente con una modulación adaptativa en función de la SINR que pueden obtener los usuarios en cada enlace. A continuación se incluyen los resultados obtenidos de las simulaciones realizadas para cada uno de los métodos RRM objeto de estudio. Los parámetros que van a analizarse son la SINR que pueden 19 Capítulo 3: Resultados obtenidos lograr en recepción los usuarios, la probabilidad de error de los paquetes recibidos, y la tasa total efectiva o correcta que puede transmitirse en la red, es decir, el número de usuarios a los que se les va a proporcionar un servicio adecuado. Como se ha comentado anteriormente, para estudiar comparativamente los diferentes métodos RRM, se ha considerado a nivel de simulación únicamente la subtrama normal unicast , es decir, la totalidad de los relays de la celda operan en modo transmisión, por lo que los datos obtenidos corresponderán al enlace access y macro en las subtramas estándar. A partir de éstos, los resultados de la subtrama vacía se podrán extrapolar de forma aproximada considerando que en esta subtrama las transmisiones recibidas por los UEs macro tienen calidad equivalente a las recibidas por esos mismos UEs macro en la subtrama unicast , con lo que únicamente es necesario estimar el overhead asociado a las comunicaciones del backhaul . Para la estimación de dicho overhead habría que tener en cuenta, que en principio y con la misma modulación considerada en los diferentes enlaces existentes en la red, existiría una necesidad de reservar, por cada RB que el relay recibe para dar servicio a sus UEs en la subtrama estándar, otro RB para la comunicación en el enlace backhaul en la subtrama blanca. Sin embargo se ha observado en simulación que el enlace backhaul presenta buenas prestaciones, tanto como para poder utilizar MCS más elevadas (64-QAM 2/3) de las que están siendo consideradas para el servicio en el enlace access , por lo que el número de recursos necesarios para la comunicación entre R_BS<->RS sería menor, y el overhead no supondría un porcentaje de la tasa de datos equivalente a la reserva del mismo número de recursos que los relays reciben. La tasa de ambos tipos de subtrama deberá ser promediada, considerando a priori que la mitad del total son de cada tipo (una de cada dos subtramas es blanca y la otra unicast ). Se incluyen pues a continuación, para cada método objeto de análisis, los resultados de tasa servida efectiva en la celda, así como de probabilidad de error en los datos recibidos en función de la zona a la que pertenecen los subscriptores y de la entidad que les sirve (Tabla 3.1. -Tabla 3.5. ). Si en alguna ocasión se observa que la tasa obtenida en la celda (por los UEs macro o UEs relay) de forma experimental es superior a la teórica se debe a que los usuarios, al poder saltar de una entidad a otra debido al cambio en las condiciones de canal que experimentan en el tiempo, pueden acumular tasa que en realidad fue servida por una entidad diferente a la que recoge finalmente las estadísticas. La tasa efectiva conseguida en la subtramas unicast es en sí la tasa efectiva resultante de las simulaciones (suma de la obtenida en los UEs macro y la obtenida en los UEs relay), y la tasa en las subtramas backhaul ha sido hallada a partir de los resultados obtenidos, teniendo en cuenta que para una modulación 64-QAM 2/3, del total de recursos disponibles en la celda, el número de RBs que han de reservarse para el enlace backhaul será el necesario para servir la tasa transmitida a los UEs relay en la subtrama unicast (cada RS va a transmitir con una modulación 16-QAM 1/2 y cada uno de ellos recibe 3 RBs para hacerlo) y teniendo en cuenta la tasa que se puede transmitir en cada RB con la modulación empleada en el backhaul (480 bits=12 portadoras x 10 símbolos OFDM x 6bits/ símbolo de la modulación 64-QAM x 2/3 de tasa de codificación, en cada RB y TTI). UEs macro UEs relay PF7 (16-QAM ½) RBs asi g nados 9 3 x 6RSs=18 UEs en g anchados 996 714 z0 544 z0 26 z1 218 z1 352 z2 234 z2 336 UEs por entidad 52,42 a cada R_BS 37,58 (a los 6 RSs) T asa teórica celda 2,16 Mbps 4,32 Mbps BLER (%) 0.202 0,420 z0 0,038 z0 0,312 z1 0,257 z1 0,253 z2 0,702 z2 0,609 T asa efectiva celda (Mbps) 2,228 4,164 z0 1,354 z0 0,143 z1 0,488 z1 2,090 z2 0,384 z2 1,928 T asa total UEs (Mbps) (6,392 subtrama normal + 4,456 subtrama backhaul) / 2 = 5,424 Tabla 3.1. Resultados obtenidos para el método PF7, MCS fija 16-QAM ½ 20 Capítulo 3: Resultados obtenidos UEs macro UEs relay PF7 “flexible” despliegue 2 (16-QAM ½) RBs asi g nados 9 3 x 6RSs=18 UEs en g anchados 994 716 z0 544 z0 26 z1 215 z1 355 z2 235 z2 335 UEs por entidad 52,31 a cada R_BS 37,68 (a los 6 RSs) T asa teórica celda 2,16 Mbps 4,32 Mbps BLER (%) 0,178 0,198 z0 0,041 z0 0,129 z1 0,233 z1 0,104 z2 0,588 z2 0,310 T asa efectiva celda (Mbps) 2,227 4,244 z0 1,362 z0 0,153 z1 0,475 z1 2,177 z2 0,386 z2 1,913 T asa total UEs(Mbps) (6,471 subtrama normal + 4,454 subtrama backhaul) / 2= 5,463 Tabla 3.2. Resultados obtenidos para el método PF7 despliegue “flexible”, MCS fija 16-QAM ½ UEs macro UEs relay PF4 despliegue 1 (16-QAM ½) RBs asi g nados 18 3 x 6RSs =18 UEs en g anchados 992 718 z0 543 z0 27 z1 216 z1 354 z2 233 z2 337 UEs por entidad 52,21 37,78 T asa teórica celda 4,32 Mbps 4,32 Mbps BLER (%) 0,165 3,500 z0 0,029 z0 1,813 z1 0,324 z1 2,413 z2 0,555 z2 4,982 T asa efectiva celda (Mbps) 4,36 4,113 z0 2,841 z0 0,154 z1 0,899 z1 2,210 z2 0,616 z2 1,748 T asa total UEs (Mbps) (8,473 subtrama normal + 4,36 subtrama backhaul) / 2 = 6,417 Tabla 3.3. Resultados obtenidos para el método PF4 despliegue 1, MCS fija 16-QAM ½ UEs macro UEs relay PF4 despliegue 2 (16-QAM ½) RBs asi g nados 18 3 x 6RSs =18 UEs en g anchados 990 720 z0 543 z0 27 z1 216 z1 354 z2 231 z2 339 UEs por entidad 52,1 37,89 T asa teórica celda 4,32 Mbps 4,32 Mbps BLER (%) 0,137 0,791 z0 0,027 z0 0,701 z1 0,194 z1 0,544 z2 0,563 z2 1,124 T asa efectiva celda 4,339 4,032 z0 2,839 z0 0,159 z1 0,894 z1 2,203 z2 0,606 z2 1,669 T asa total UEs (Mbps) (8,371 subtrama normal + 4,339 subtrama backhaul) / 2 = 6,355 Tabla 3.4. Resultados obtenidos para el método PF4 despliegue 2, MCS fija 16-QAM ½ 21 Capítulo 3: Resultados obtenidos UEs macro UEs relay PF3 (16-QAM ½) RBs asi g nados 21 3 x 6RSs =18 UEs en g anchados 990 720 z0 544 z0 26 z1 214 z1 356 z2 232 z2 338 UEs por entidad 52,10 37,89 T asa teórica celda 5,04 Mbps 4,32 Mbps BLER (%) 0,291 11,478 z0 0,025 z0 4,755 z1 0,484 z1 5,658 z2 1,317 z2 23,965 T asa efectiva celda (Mbps) 5,061 3,792 z0 3,364 z0 0,168 z1 1,008 z1 2,582 z2 0,673 z2 1,042 T asa total UEs (Mbps) (8,853 subtrama normal + 4,338 subtrama backhaul) / 2 = 6,596 Tabla 3.5. Resultados obtenidos para el método PF3, MCS fija 16-QAM ½ Así, sobre los resultados obtenidos en simulación, se ha considerado que existe una necesidad de reservar 9RBs para las comunicaciones backhaul para dar servicio posteriormente a los UEs relay en las subtramas unicast , y habiendo tenido en cuenta, como se ha comentado, que en la subtrama estándar transmiten los 6 relays y cada uno de ellos con una MCS 16-QAM 1/2 mientras que en la subtrama blanca, para la comunicación R_BS->RS, se emplea MCS 64-QAM 2/3. En la Figura 3.1 -Figura 3.5 se representan los valores de SINR obtenidos en los UEs, tanto en los servidos por la R_BS como por RSs, para cada uno de los métodos propuestos. Como puede observarse, PF7 en cualquiera de sus dos despliegues analizados, es el método que ofrece mejores valores de SINR debido a que la menor reutilización de recursos dentro de la propia celda mantiene la interferencia a un nivel menor, y aquél que presenta una peor calidad en los enlaces es PF3, por ser el que mayor reutilización de recursos presenta en de la propia celda. De entre los dos despliegues del método PF4 analizados, para un mismo patrón de reutilización de recursos, el que aprovecha el mismo espectro en los relays opuestos (despliegue 2), ofrece un servicio de mejor calidad. Los usuarios que reciben servicio directamente de R_BS presentan el mismo comportamiento en todos los métodos, ya que en todos ellos poseen una banda dedicada a sus comunicaciones sólo reutilizada en el resto de las celdas para las mismas comunicaciones, por lo que para los mismos no existe interferencia intra-celular.  0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1020304050607080 SINR UEs macro, PF7 z0 z1 z2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 102030405060 SINR UEs relay, PF7 z0 z1 z2 a) SINR medida en UEs macro b) SINR medida en UEs relay Figura 3.1 . SINR obtenida en PF7 despliegue 1, MCS fija 16-QAM ½ 28 Capítulo 3: Resultados obtenidos 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1020304050607080 SINR UEs macro, PF4 despliegue 2 z0 z1 z2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 102030405060 SINR UEs relay, PF4 despliegue 2 z0 z1 z2 a) SINR medida en UEs macro b) SINR medida en UEs relay Figura 3.9 . SINR obtenida para el método PF4 despliegue 2, MCS fija 16-QAM ½, simulación relays half-duplex Aunque parecía que potencialmente este algoritmo era lo suficientemente bueno como para lograr en todos los enlaces una buena calidad en la transmisión, mantener una baja probabilidad de error y servir un volumen de tráfico elevado, se ha comprobado, como se menciona anteriormente, que las prestaciones del enlace backhaul al simular la totalidad de la red se han degradado considerablemente, por lo que no se aprovecha al máximo el total de recursos disponible para servir tráfico a los UEs y se ha de buscar una variante de coordinación de los recursos que permita un mayor control de la interferencia y garantice que todos los parámetros necesarios para el buen funcionamiento del sistema se mantienen dentro de los objetivos propuestos. 3.2. Algoritmo propuesto Sobre el algoritmo que mejores prestaciones ofrece de todos los analizados en cuanto a probabilidad de error en la transmisión, capacidad de subscriptores soportados y calidad del enlace, es decir, sobre la segunda de las variantes del método PF4, se va a proponer una variante de las bandas utilizables en cada zona con objeto de coordinar las diferentes celdas de la red y separar en la medida de lo posible las entidades que trabajarán sobre el mismo espectro. De este modo se reducirá la interferencia y mejorarán los problemas vistos anteriormente. Para su estudio se ha considerado ya el hecho de que los relays son half-duplex , por lo que en un TTI tres de los seis relays de la celda operarán en modo Tx mientras el resto lo hace en modo Rx, y en la siguiente subtrama los papeles se intercambian, recibiendo aquéllos que anteriormente operaban como transmisores y viceversa. En la Figura 3.10 puede observarse la distribución del espectro frecuencial en función de la celda y de la entidad que dará servicio. Se han reservado igualmente, de la zona de recursos destinada a la R_BS, parte de ellos para el enlace backhaul y para el estudio de las prestaciones que se obtienen en el mismo. Cada uno de los colores representa una zona espectral a utilizar en el enlace R_BS->UE macro y RS->UE relay. El color de las flechas del enlace backhaul define la zona frecuencial reservada para esta transmisión. Hay que tener en cuenta, que aunque parezca que dentro de la propia celda para diferentes transmisiones provenientes de la R_BS es factible utilizar los mismos recursos, en el momento en que sean empleados para un sector quedarán automáticamente descartados para ser empleados dentro de la propia celda por otro sector en el mismo instante temporal, pues no se permite una reutilización mayor a nivel de celda con objeto de controlar la interferencia. De este modo, para las comunicaciones entre R_BS y UEs macro existirá un total de recursos utilizables igual a los existentes en el espectro frecuencial de todo el ancho de banda disponible excepto los empleados para el enlace backhaul , y para cada enlace access se mantiene el número de RBs presupuestados para los métodos anteriores. 29 Capítulo 3: Resultados obtenidos Tiempo Frecuencia = = = = = = = = = + + + + + + + + + + + + + + + + + + R_BS RS Tiempo Frecuencia = = = = = = = = = + + + + + + + + + + + + + + + + + + R_BS RSR_BS RS Figura 3.10 . Algoritmo RRM en modo relay propuesto La Tabla 3.13. resume los resultados obtenidos con el método propuesto en el caso de que los usuarios reciban con una modulación fija 16-QAM 1/2 y la Figura 3.11 los valores de SINR obtenidos. UEs macro UEs relay Algoritmo propuesto (16-QAM ½) RBs asi g nados 27 3 x 6RSs =18 UEs en g anchados 991 719 z0 544 z0 26 z1 214 z1 356 z2 233 z2 337 UEs por entidad 52,15 37,84 T asa teórica celda 6,48 Mbps 4,32 Mbps BLER (%) 0,135 0,942 z0 0,025 z0 0,734 z1 0,236 z1 0,684 z2 0,618 z2 1,283 T asa efectiva celda (Mbps) 6,449 1,942 z0 4,492 z0 0,066 z1 1,190 z1 1,048 z2 0,766 z2 0,828 T asa efectiva recibida UEs (Mbps) teniendo en cuenta overhead teórico (33%) de 9RBs 4,301 1,942 z0 2,996 z0 0,066 z1 0,794 z1 1,048 z2 0,511 z2 0,828 T asa total (Mbps) 6,243 Tabla 3.13. Resultados obtenidos para el algoritmo propuesto, MCS fija 16-QAM ½, simulación relays half-duplex 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1020304050607080 SINR UEs macro y Relays, algoritmo propuesto z0 z1 z2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 102030405060 SINR UEs relay, algoritmo propuesto z0 z1 z2 a) SINR medida en UEs macro b) SINR medida en UEs relay Figura 3.11 . SINR obtenida para el método propuesto, MCS fija 16-QAM ½, simulación relays half-duplex 30 Capítulo 3: Resultados obtenidos En la tabla anterior (Tabla 3.13. ) se recogen los resultados habiendo considerado como tasa teórica servida por la R_BS la destinada a los relays y a los UEs macro, y posteriormente se ha eliminado la tasa que teóricamente sería la recibida por las estaciones relay, de ahí que en principio se disponga del total de los 27 RBs para las comunicaciones de las que se debe encargar la estación base. Si se considera directamente sobre la plataforma de simulación que con MCS 16-QAM 1/2 se requeriría en principio un total de 9 RBs para las comunicaciones en el enlace backhaul entre R_BS y los tres relays que se encuentran en cada TTI en modo Rx, los resultados de la simulación de la red con relays half-duplex , en la que se han reservado de antemano los recursos necesarios para el backhaul , se incluyen en Tabla 3.14. donde puede observarse, constatando los datos anteriores, la similitud con los mismos cuando han sido hallados teóricamente (Tabla 3.13. ). UEs macro UEs relay Algoritmo propuesto (16-QAM ½) RBs asi g nados 18 3 x 6RSs =18 T asa teórica celda 4,32 Mbps 4,32 Mbps BLER (%) 0,082 0,959 z0 0,015 z0 0,749 z1 0,124 z1 0,669 z2 0,346 z2 1,337 T asa efectiva celda (Mbps) 4,323 1,919 z0 2,875 z0 0,069 z1 0,865 z1 1,026 z2 0,584 z2 0,823 T asa total (Mbps) 6,242 Tabla 3.14. Resultados obtenidos para el algoritmo propuesto, MCS fija 16-QAM ½, simulación relays half-duplex con reserva de recursos para el enlace backhaul La Figura 3.12 refleja los datos de SINR obtenida en los UEs enganchados a R_BS y en los que son servidos por los relays en el método RRM propuesto. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1020304050607080 SINR UEs macro, algoritmo propuesto z0 z1 z2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 102030405060 SINR UEs relay, algoritmo propuesto z0 z1 z2 a) SINR medida en UEs macro b) SINR medida en UEs relay Figura 3.12 . SINR obtenida para el método propuesto, MCS fija 16-QAM ½, simulación relays half-duplex con reserva de recursos para el enlace backhaul Sin embargo en este caso sí se ha comprobado en simulación que el enlace backhaul presenta buenas prestaciones (SINR en torno a los 30 dB), tanto como para poder utilizar MCS más elevadas (64-QAM 2/3) de las que tuvieron que ser consideradas en el caso original del PF4. Por ello el overhead real no supondría un 33% de la tasa de datos recibida en el enlace macro (Tabla 3.13. ) sino un 14,82% (para servir la tasa del enlace access basta, para una modulación 64-QAM 2/3, con un total de 4RBs reservados para el backhaul ), dejando con ello mayor espectro disponible para los usuarios y mejorando la tasa que puede servirse en la celda (Tabla 3.15. ). 31 Capítulo 3: Resultados obtenidos UEs macro UEs relay Algoritmo propuesto (16-QAM ½) T asa efectiva celda (Mbps) 6,449 1,942 z0 4,492 z0 0,066 z1 1,190 z1 1,048 z2 0,766 z2 0,828 T asa efectiva recibida UEs (Mbps) teniendo en cuenta overhead real del 14,82% 5,493 1,942 z0 3,826 z0 0,066 z1 1,013 z1 1,048 z2 0,653 z2 0,828 T asa total (Mbps) 7,435 Tabla 3.15. Resultados obtenidos para el algoritmo propuesto, MCS fija 16-QAM ½, simulación relays half-duplex descontando overhead para el enlace backhaul Si se implementa el algoritmo propuesto con MCS adaptativa en lugar de MCS fija se observa un incremento en la tasa servida en la red a la par que un aumento en la probabilidad de error en las transmisiones. Como se observa en la Tabla 3.16. el método propuesto permite la transmisión de un mayor volumen de tráfico servido en la red que cualquiera de los algoritmos analizados con anterioridad y con similares prestaciones (Figura 3.13 ). UEs macro UEs relay Algoritmo propuesto adaptativo BER (%) 0,697 3,139 z0 0,140 z0 1,584 z1 1,208 z1 1,942 z2 3,619 z2 4,926 BLER (%) QPSK 1/2 6,6 16-QAM 1/2 4,55 16-QAM 3/4 2,26 64-QAM 2/3 0,68 Utilización MCS (%) QPSK 1/2 3,90 QPSK 1/2 13,47 16-QAM 1/2 6,02 16-QAM 1/2 13,37 16-QAM 3/4 16,29 16-QAM 3/4 28,27 64-QAM 2/3 73,78 64-QAM 2/3 44,88 T asa efectiva celda descontando overhead real 8,565 3,170 z0 7,067 z0 0,108 z1 1,538 z1 1,800 z2 1,038 z2 1,261 T asa total UEs (Mbps) 11,735 Tabla 3.16. Resultados obtenidos para el algoritmo propuesto, MCS adaptativa, relays half-duplex 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1020304050607080 SINR UEs macro, algoritmo propuesto (MCS adaptativa) z0 z1 z2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 102030405060 SINR UEs relay, algoritmo propuesto (MCS adaptativa) z0 z1 z2 a) SINR medida en UEs macro b) SINR medida en UEs relay Figura 3.13 . SINR obtenida para el método propuesto, MCS adaptativa, simulación relays half-duplex A continuación se va a proceder a comparar el algoritmo propuesto con los resultados obtenidos en simulación para el caso de una infraestructura de red en la que no existen estaciones relay y todas las comunicaciones son directamente establecidas entre la estación base y los usuarios. Los parámetros de la simulación son idénticos a los utilizados para el caso de la red que opera en 32 Capítulo 3: Resultados obtenidos modo relay. El algoritmo con el que se compara el método RRM propuesto es un reúso frecuencial fraccional (FFR: Fractional Frequency Reuse ) en el que una determinada zona del espectro es dedicada a los usuarios del exterior de la celda (tercera parte del espectro), y el resto de ancho de banda servirá para dar servicio a los usuarios que se encuentran en mejores condiciones [22]. Dentro de ellos, como en el caso de simulaciones con relays, los usuarios intentarán en principio recibir servicio en recursos de los pertenecientes a su sector, existiendo la posibilidad de recibir en los de otro sector cuando ninguno de los de su zona les asegure una buena calidad del servicio. Los resultados obtenidos en el caso de simulación sin relays para la primera de las situaciones en las que se emplea una modulación 16-QAM 1/2 y para el segundo de los casos en el que se utiliza MCS adaptativa se recogen en la Tabla 3.17. Sistema en modo infraestructura estándar (16- QAM ½) BLER (%) 0,386 Sistema en modo infraestructura estándar (MCS adaptativa) BER (%) 0,763 z0 0,054 z0 0,161 z1 0,387 z1 0,880 z2 1,085 z2 1,580 T asa efectiva celda (Mbps) 6,455 T asa efectiva celda (Mbps) 10,465 z0 2,867 z0 5,255 z1 2,243 z1 3,179 z2 1,345 z2 2,030 Utilización MCS (%) QPSK 1/2 2,19 16-QAM 1/2 8,55 16-QAM 3/4 23,82 64-QAM 2/3 65,44 Tabla 3.17. Sistema de comunicaciones móviles en modo infraestructura estándar, MCS fija 16-QAM ½ y MCS adaptativa Si se compara el caso del algoritmo propuesto con el caso de un sistema de comunicaciones en modo infraestructura estándar, se observa que un mayor número de usuarios puede ser servido en el mismo ancho de banda y con una calidad de servicio aceptable, aspecto positivo fundamentalmente en los usuarios de la zona exterior a la celda que podrán recibir más datos en mejores condiciones. La Tabla 3.18. incluye el volumen de tráfico correcto para el método propuesto y para el caso de un sistema de comunicaciones móviles en el que no existen relays. Sistema Modulación T asa efectiva celda (Mbps) Modo relay al g oritmo RRM propuesto 16-QAM 1/2 7,435 MCS adaptativa 11,735 Sistema sin relays (infraestructura estándar) 16-QAM 1/2 6,455 MCS adaptativa 10,465 Tabla 3.18. Resumen de los resultados obtenidos en el algoritmo propuesto y en un sistema de comunicaciones móviles en modo infraestructura estándar Como puede observarse y comparando igualmente con la Tabla 3.11. , el algoritmo propuesto es el que mayor tasa efectiva permite transmitir en la red, manteniendo, como se ha comprobado anteriormente, buenos valores de SINR en cada uno de los enlaces y una probabilidad de error en la transmisión por debajo del umbral fijado, por lo que la necesidad de retransmisiones será mínima. En comparación con el caso de un sistema que opera en modo infraestructura estándar también se observa un mayor volumen de datos correctos transmitidos en la red. Evidentemente el uso de estaciones relay implicará un retardo temporal en la recepción de los datos, pero este hecho podrá verse compensado por las posibilidades de acceder a la red de los usuarios que en situación directa con la estación base no podían recibir servicio. Además los usuarios de la zona exterior de la celda que se encontraban en unas malas condiciones de canal en el enlace directo, poseen, en el caso de recibir servicio a través de los nodos relay, una mejor calidad que permite la utilización de modulaciones más elevadas y la posibilidad de que reciban mayor volumen de tráfico. Sin embargo, un sistema de comunicaciones móviles en modo relay presenta una respuesta más compleja debido a las variaciones posibles en los usuarios y en la estimación de sus condiciones de canal, ya que pueden saltar de una entidad a otra en función de con cuál encuentran mejor enlace y pueden recibir un recurso que en la nueva situación actual no ofrece el comportamiento esperado. De este modo las posibles interferencias, son más inestables, y la probabilidad de error aumenta respecto 33 Capítulo 3: Resultados obtenidos a un caso de comunicaciones móviles estándar. Aun así, en cuanto a tasa efectiva, teniendo únicamente en cuenta el volumen de tráfico que los usuarios reciben con éxito, compensa la introducción de estaciones relay con respecto al caso en que no existen. Al comparar las gráficas de SINR (Figura 3.14 , Figura 3.15 ) se observa, como era de esperar, que los usuarios pertenecientes a las zonas exteriores de la celda han mejorado su situación al encontrarse más cercanos a las entidades posibles de proporcionarles servicio. Los resultados globales de todos los usuarios son similares, ligeramente mejores en el caso de utilización de relays, debido a que un mayor número de usuarios son capaces de utilizar MCS elevadas. La gran ventaja de la utilización de RSs es la posibilidad de los usuarios, que en el modo infraestructura estándar serían bloqueados, de acceder a la red y hacerlo en condiciones comparables a las de cualquier otro UE. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 SINR sistema infraestructura estándar z0 z1 z2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 SINR sistema en modo relay, algoritmo RRM propuesto z0 z1 z2 a) Sistema infraestructura estándar b) Sistema modo relay Figura 3.14 . SINR obtenida para un sistema de comunicaciones infraestructura estándar vs. sistema en modo relay, MCS fija 16-QAM ½ 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 SINR sistema infraestructura estándar, MCS adaptativa z0 z1 z2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 SINR sistema en modo relay, MCS adaptativa z0 z1 z2 a) Sistema infraestructura estándar b) Sistema modo relay Figura 3.15 . SINR obtenida para un sistema de comunicaciones infraestructura estándar vs. sistema en modo relay, MCS adaptativa En definitiva, con el mayor reúso de los recursos de la celda se permite incrementar ligeramente el número de subscriptores que soporta la red, y con la utilización de estaciones relay se permite una mejoría de las condiciones de los usuarios con problemas para recibir servicio en enlace directo con la estación base, teniendo en cuenta, por otro lado, que existen implicaciones negativas en una comunicación en varios saltos, como la necesidad de un gasto extra de recursos, que se ha visto compensada con el nuevo algoritmo propuesto al permitir la reutilización de los mismos recursos dentro de la propia celda sin perjudicar las prestaciones de la transmisión, o el gasto temporal o retardo que dicha comunicación multisalto implica. 35   ConclusionesyLíneasFuturas Enestecapítuloseextraenlasconclusionesderivadasdelestudiorealizadoenel TrabajoFindeMásteryseproponenlíneasfuturasdetrabajoenrelaciónala problemáticaabordada. 4.1. Conclusiones Como se ha explicado en este Trabajo Fin de Máster, la opción de implementar nodos relays en la arquitectura de un sistema de comunicaciones móviles con objeto de mejorar la accesibilidad de los usuarios que se encuentran en el exterior de la celda, o más genéricamente hablando, de aquéllos que poseen una mala calidad de enlace directo con la estación base, y lograr una cobertura ubicua, trae consigo una amplia flexibilidad y posibilidades de implementación en función de las cuales habrá que estudiar el impacto que supone su adición en la red. Tras realizar un estudio de las diferentes propuestas que se pueden encontrar en cuanto a tipo de estaciones relay, de las funcionalidades que alberga cada uno de ellos, y de determinadas implicaciones que aparecen como consecuencia de su utilización, la temática principal del Trabajo Fin de Máster ha sido analizar comparativamente diferentes esquemas de Gestión de Recursos Radio que pretenden una reutilización de los recursos eficiente en cuanto a la capacidad de subscriptores soportados en la red y la calidad del servicio que reciben. Han sido estudiados de manera teórica y experimental diferentes algoritmos encontrados en la literatura, y sobre el que parece ofrecer un mejor compromiso entre reutilización de recursos y calidad de la transmisión obtenida en los enlaces, se ha propuesto una variante con objeto de mejorar las prestaciones logrando un mayor control de la interferencia. Como conclusión general de todos los algoritmos de gestión analizados se extrae que es necesaria la reutilización de las mismas subbandas frecuenciales dentro de la propia celda para compensar el gasto extra de recursos que se deriva de las comunicaciones multisalto, pues si no la capacidad del sistema se ve drásticamente reducida. Si se consigue un esquema que soporte un número de subscriptores equivalente al de una red de comunicaciones estándar que utiliza el mismo ancho de banda, y de tal modo que la calidad de los enlaces no se vea degradada por el aumento de interferencias que puede suponer el nuevo algoritmo, puede lograrse una cobertura más homogénea, de modo que los usuarios que se encuentran en malas condiciones vean reemplazado su enlace directo con la estación base por un par de enlaces de mejores prestaciones y puedan acceder a la red con una alta probabilidad de éxito en la transmisión. Evidentemente la utilización de una comunicación en dos saltos implica un gasto temporal respecto al caso en que la comunicación es directa, pero este gasto se verá compensado por la accesibilidad a la red de una manera mucho más frecuente y por la alta probabilidad de no requerir una retransmisión de los datos, pues la probabilidad de éxito es elevada. Comparando los esquemas de RRM en modo Relay, especialmente el algoritmo propuesto, que es el que proporciona un mejor comportamiento, con un sistema de comunicaciones estándar, se ha 36 Capítulo 4: Conclusiones y Líneas Futuras observado que la calidad de los datos que reciben los usuarios es muy similar, pero como se menciona anteriormente se ofrece una mayor posibilidad de acceso a la red de aquéllos que en un sistema sin estaciones relay se verían bloqueados, o recibirían los datos con problemas y necesidad de retransmisión. Además se puede soportar un mayor número de usuarios en mejores condiciones que rentabilizan los efectos negativos que conllevan los sistemas multisalto, como el retardo o la necesidad de un mayor gasto de recursos. 4.2. Líneas Futuras Sobre la temática de trabajo planteada puede definirse una línea de investigación novedosa sobre la que se puede estudiar un amplio abanico de posibilidades. En cuanto a la Gestión de Recursos Radio no es trivial qué algoritmo puede ofrecer un mejor compromiso entre todas las variables que entran a formar parte del estudio, por lo que es posible definir diferentes esquemas de RRM que deban ser comparados en búsqueda del comportamiento óptimo. En cuanto al scheduling a implementar en este tipo de redes habría que analizar el impacto que supone la utilización de un método que, en contra del PF, que pretende una maximización de la tasa, se base en dar de una manera más justa los recursos a aquellos usuarios que peor accesibilidad al servicio están acumulando. De este modo se observaría en mayor grado los beneficios que puede suponer la utilización de los nodos relay, pues mientras en el esquema PF analizado, en una situación sin relays, los usuarios de la zona exterior están siendo bloqueados, en una situación en la que el algoritmo de scheduling sea un método más favorable a ellos se observaría un empeoramiento del comportamiento de la red, mientras que en la infraestructura en modo relay estos usuarios no supondrían un problema tan elevado, pues han logrado mejorar sus prestaciones. Así pues queda pendiente de estudio la comparación de ambas infraestructuras con diferentes algoritmos de priorización de los usuarios a la hora de recibir servicio. Quizá la línea de trabajo más interesante respecto a los nodos relays, sería el análisis de un sistema con tráficos heterogéneos, en el que los usuarios pueden requerir servicios de diferentes características de QoS ( Quality of Service ). De este modo se comprobará en situaciones más realistas en las que los subscriptores no tienen siempre datos a transmitir, ni éstos son del mismo tipo, el impacto sobre una red estándar que supone la utilización de los relays. Por último el número de estaciones relay a implementar en cada celda, la ubicación de las mismas, la potencia de transmisión y el criterio de enganche de los subscriptores a una u otra entidad para recibir servicio, son parámetros variables que afectarán de manera directa a la respuesta del sistema y con los que se puede jugar a la hora de buscar un comportamiento óptimo en la red. Incluso puede pensarse en la posibilidad de que no todas las celdas posean la misma distribución obteniendo una red de celdas heterogéneas.