Repositorio Institucional de Documentos

2021 88 Miguel Eguizabal Alonso Gestión de Recursos Radio en Sistemas Móviles Avanzados de Banda Ancha con Soluciones de Extensión de Cobertura y Capacidad Basados en Despliegues de Red Heterogénea Director/es Hernández Solana, Ángela © Universidad de Zaragoza Servicio de Publicaciones ISSN 2254-7606 Miguel Eguizabal Alonso GESTIÓN DE RECURSOS RADIO EN SISTEMAS MÓVILES AVANZADOS DE BANDA ANCHA CON SOLUCIONES DE EXTENSIÓN DE COBERTURA Y CAPACIDAD BASADOS EN DESPLIEGUES DE RED HETEROGÉNEA Director/es Hernández Solana, Ángela Tesis Doctoral Autor 2020 Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA Escuela de Doctorado Programa de Doctorado en Tecnologías de la Información y Comunicaciones en Redes Móviles Tesis doctoral Gestión de Recursos Radio en Sistemas Móviles Avanzados de Banda Ancha con Soluciones de Extensión de Cobertura y Capacidad Basados en Despliegues de Red Heterogénea Autor: Miguel Eguizábal Alonso Directora: Dra. Ángela Hernández Solana Doctorado en Tecnologías de la Información y Comunicaciones en Redes Móviles (TICRM) Universidad de Zaragoza Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 2020 Agradecimientos A mi directora Ángela, por su paciencia e inestimable ayuda durante todo este largo camino. A Noelia, por tener la suerte de tenerla a mi lado, y por su apoyo y confianza incondicional, especialmente en los momentos difíciles. A mis amigos, por crecer juntos y por vuestra confianza ciega en mí. A mis padres y mi hermano, por los esfuerzos realizados y la ayuda para llegar hasta aquí. A mis compañeros del laboratorio 2.05, por hacer que mi etapa en la Universidad fuera tan agradable y enriquecedora. Gracias a todos, no lo hubiese logrado sin vosotros. i Tabla de Contenidos Lista de Figuras ...................................................................................... vii Lista de Tablas ........................................................................................ xv Lista de Acrónimos ................................................................................ xix 1 - Introducción ......................................................................................... 1 1.1 Motivación y objetivos ............................................................................... 1 1.2 Estructura de la tesis ................................................................................... 6 2 - Gestión de la Interferencia en Redes Macrocelulares Homogéneas 9 2.1 Tecnología OFDMA para redes LTE ....................................................... 10 2.2 Mecanismos de control de la ICI en redes macrocelulares homogéneas.. 12 2.3 Gestión de recursos radio a nivel de macrocelda ..................................... 16 2.3.1 FFR with frequency occupation ordering and power adaptation (FFRopa) .. 18 3 - Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de Interferencias y Criterio de Selección de Nodo .............................. 23 3.1 Estado del Arte ......................................................................................... 26 3.1.1 Gestión de interferencias en despliegues heterogéneos con picoceldas ........ 27 3.1.2 Criterio de selección de nodo para despliegues heterogéneos ....................... 33 3.2 Modelo del sistema ................................................................................... 38 3.3 Esquemas de ICIC y criterio de selección de nodo propuestos ................ 39 3.3.1 Esquemas de ICIC para despliegues de picoceldas ....................................... 40 3.3.2 Criterio de selección de nodo ........................................................................ 44 viii Figura 3.13: Distribución de UEs ....................................................................... 60 Figura 3.14: Posiciones de despliegue de los PeNBs ......................................... 61 Figura 3.15: Porcentaje de TUs descartados para los esquemas FFRopa_xRBs (d = 400 m y θ= 30º) ........................................................................................ 63 Figura 3.16: Comparativa entre los esquemas FFRopa y FFR (d = 400 m y θ = 30º) ............................................................................................................... 65 Figura 3.17: Porcentaje de TUs descartados para varios valores de bias, siendo NUEeNB = 54 y NUEPeNB = 87 (FFRopa_24RBs) (θ = 30º) .......................... 68 Figura 3.18: Porcentaje de TUs descartados para varios valores de bias, siendo NUEeNB = 72 y NUEPeNB = 87 (FFRopa_24RBs) (θ = 30º) .......................... 69 Figura 3.19: Porcentaje de TUs descartados para varios valores de bias, siendo NUEeNB = 54 y NUEPeNB = 117 (FFRopa_24RBs) (θ = 30º) ........................ 71 Figura 3.20: Porcentaje de TUs descartados para varios valores de bias, siendo NUEeNB = 72 y NUEPeNB = 117 (FFRopa_24RBs) (θ = 30º) ........................ 72 Figura 4.1: Enlaces presentes en los despliegues heterogéneos con RNs .......... 78 Figura 4.2: Estructura de trama. Ejemplo de reparto y reúso de recursos entre RNs y enlaces ................................................................................................ 80 Figura 4.3: Esquemas FFR y SFR, junto con varias configuraciones de despliegue de RNs ......................................................................................... 82 Figura 4.4: Esquemas de RA para las subtramas de acceso con diferentes factores de reúso frecuencial ......................................................................... 84 Figura 4.5: Esquemas de RA para las subtramas de acceso para las configuraciones 2 y 3 .................................................................................... 85 Figura 4.6: Esquema de RA para la subtrama de acceso basado en SFR (configuración 1) ........................................................................................... 88 Figura 4.7: Configuraciones de despliegue de relays ......................................... 89 Figura 4.8: Estructura de Trama ......................................................................... 90 Figura 4.9: Distribución de los recursos frecuenciales en grupos (GrRB) ......... 90 Figura 4.10: Esquemas PFx de RA (2 RNs por sector) ...................................... 91 Figura 4.11: RA para DeNBs (a rayas) y RNs (sólido) en subtramas de acceso (2 RNs por sector) ............................................................................................. 94 Figura 4.12: Ordenación en la asignación de recursos para los DeNBs, con asignaciones prioritarias entre sectores ......................................................... 94 ix Figura 4.13: CDF de la SINR observada por los UEs en cada zona (esquemas PFx) ............................................................................................................. 105 Figura 4.14: CDF del throughput recibido por los UEs (esquemas SFR_bm_opx) ..................................................................................................................... 109 Figura 4.15: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas preliminares más relevantes ........................................................................ 111 Figura 4.16: RA del esquema FFR_2GrRBs para DeNBs y RNs en subtramas de acceso (2 RNs por sector) ........................................................................... 113 Figura 4.17: RA del esquema Back_op3 para DeNBs en subtramas backhaul (2 RNs por sector) ........................................................................................... 115 Figura 4.18: RA del esquema SFR_2GrRBs para DeNBs y RNs en subtramas de acceso (2 RNs por sector) ........................................................................... 117 Figura 4.19: RA para DeNBs en subtramas backhaul: Back_op4 y Back_op5 (2 RNs por sector) ........................................................................................... 119 Figura 4.20: RA de los esquemas FFR_3GrRBs y FFR_4GrRBs para DeNBs y RNs en subtramas de acceso (2 RNs por sector) ......................................... 122 Figura 4.21: RA de los esquemas SFR_3GrRBs y SFR_4GrRBs para DeNBs y RNs en subtramas de acceso (2 RNs por sector) ......................................... 124 Figura 4.22: RA de los esquemas FFR_2GrRBs, FFR_3GrRBs y FFR_4GrRBs para DeNBs y RNs en subtramas de acceso (4 RNs por sector) ................. 127 Figura 4.23: RA del esquema Back_op3 para DeNBs en subtramas backhaul (4 RNs por sector) ........................................................................................... 129 Figura 4.24: RA de los esquemas SFR_2GrRBs, SFR_3GrRBs y SFR_4GrRBs para DeNBs y RNs en subtramas de acceso (4 RNs por sector) ................. 131 Figura 4.25: RA del esquema Back_op4 para DeNBs en subtramas backhaul (4 RNs por sector) ........................................................................................... 133 Figura 4.26: CDF del throughput recibido por los mUEs y rUEs (esquemas FFR_2GrRBs y SFR_2GrRBs) ................................................................... 140 Figura 4.27: CDF del throughput recibido por los UEs (esquemas FFR_2GrRBsBack_op3(4 RBs) y SFR_2GrRBs-Back_op4(5 RBs)) ............................... 142 Figura 4.28: CDF del throughput recibido por los UEs para el esquema FFR_3GrRBs-Back_op3(5 RBs) cuando se aplica un bias al criterio de selección de nodo ........................................................................................ 147 x Figura 4.29: CDF del throughput recibido por los UEs (esquemas basados en FFR y SFR, cuando se aplica un bias de 4dB) ............................................ 150 Figura 4.30: CDF del throughput recibido por los UEs para la red macrocelular convencional y para el esquema SFR_4GrRBs-Back_op4(6 RBs), desplegando los RNs a 2/3 del radio de la celda (d = 2/3·R) y en la frontera entre las zonas 1 y 2 (d ≈ 0.76·R) .............................................................. 153 Figura 4.31: CDF del throughput recibido por los UEs para el esquema SFR_4GrRBs-Back_op4(6 RBs) (2 RNs por sector) y SFR_2GrRBsBack_op4(4 RBs) (4 RNs por sector) ......................................................... 157 Figura 4.32: CDF de la SINR observada por los rUEs para el esquema SFR_4GrRBs-Back_op4(6 RBs) (2 RNs por sector) y SFR_2GrRBsBack_op4(4 RBs) (4 RNs por sector) ......................................................... 158 Figura 4.33: CDF del throughput recibido por los UEs para el esquema SFR_4GrRBs-Back_op4(6 RBs) (2 RNs por sector) y SFR_2GrRBsBack_op4(4 RBs) (4 RNs por sector), desplegando los RNs a 2/3 del radio de la celda (d = 2/3·R) y en la frontera entre las zonas 1 y 2 (d ≈ 0.76·R) ... 161 Figura 4.34: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas propuestos más relevantes (d = 2/3·R)......................................................................... 163 Figura 4.35: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas propuestos más relevantes, mostrando el throughput agregado por zona (d ≈ 0.76·R) 165 Figura 4.36: Estructura de combinación de tramas .......................................... 166 Figura 4.37: Ejemplo de aplicación de la estructura de combinación de tramas ..................................................................................................................... 167 Figura 4.38: RA de los esquemas CS_2GrRBs, CS_3GrRBs y CS_4GrRBs para DeNBs y RNs en subtramas A (2 RNs por sector) ...................................... 168 Figura 4.39: RA de los esquemas CS_2GrRBs, CS_3GrRBs y CS_4GrRBs para DeNBs y RNs en subtramas B (2 RNs por sector) ...................................... 170 Figura 4.40: RA de los esquemas CS_rot_2GrRBs, CS_rot_3GrRBs y CS_rot_4GrRBs para DeNBs y RNs en subtramas A (2 RNs por sector) .. 174 Figura 4.41: RA de los esquemas CS_rot_2GrRBs, CS_rot_3GrRBs y CS_rot_4GrRBs para DeNBs y RNs en subtramas B (2 RNs por sector) ... 176 Figura 4.42: RA de los esquemas CS_2GrRBs, CS_3GrRBs y CS_4GrRBs para DeNBs y RNs en subtramas A y B (4 RNs por sector) ............................... 181 Figura 4.43: CDF del throughput recibido por los UEs para los esquemas SFR_4GrRBs-Back_op4(6 RBs), CS_3GrRBs-Back(6 RBs) y xi CS_rot_4GrRBs-Back(6 RBs), para la configuración de 2 RNs por sector (d = 2/3·R) ...................................................................................................... 192 Figura 4.44: CDF del throughput recibido por los UEs para los esquemas SFR_4GrRBs-Back_op4(6 RBs), CS_3GrRBs-Back(6 RBs) y CS_rot_4GrRBs-Back(6 RBs), para la configuración de 2 RNs por sector (d ≈ 0.76·R) .................................................................................................... 195 Figura 4.45: CDF del throughput recibido por los UEs para los esquemas SFR_2GrRBs-Back_op4(4 RBs) (4 RNs por sector), CS_rot_4GrRBs-Back(6 RBs) (2 RNs por sector) y CS_2GrRBs-Back(4 RBs) (4 RNs por sector), siendo d = 2/3·R ........................................................................................ 199 Figura 4.46: CDF del throughput recibido por los UEs para los esquemas SFR_2GrRBs-Back_op4(4 RBs) (4 RNs por sector), CS_rot_4GrRBs-Back(6 RBs) (2 RNs por sector) y CS_2GrRBs-Back(4 RBs) (4 RNs por sector), siendo d ≈ 0.76·R ....................................................................................... 202 Figura 4.47: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas propuestos más relevantes (d = 2/3·R)......................................................................... 204 Figura 4.48: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas propuestos más relevantes, mostrando el throughput agregado por zona (d ≈ 0.76·R) 205 Figura 5.1: Esquemas FFR y SFR, junto con varias configuraciones de despliegue de RNs ....................................................................................... 211 Figura 5.2: Diagrama de la segunda fase del algoritmo ................................... 213 Figura 5.3: Reparto de recursos frecuenciales para DeNBs y RNs en las subtramas de acceso .................................................................................... 224 Figura 5.4: RA del esquema SFR_3GrRBs para DeNBs y RNs en subtramas de acceso (2 RNs por sector) ........................................................................... 234 Figura 5.5: Esquema de RA-ICIC para DeNBs utilizado como base para distribuir los recursos dinámicamente en las subtramas backhaul (2 RNs por sector) .......................................................................................................... 240 Figura 5.6: Diagrama de la operación del algoritmo completo ........................ 249 Figura 5.7: PDF del número de RBs que se ha estimado que debería recibir cada enlace backhaul, para NUE =90, 99 y 108 ................................................ 269 Figura 5.8: Resultados del esquema dinámico de RA-ICIC (NUE =108) ...... 270 Figura 5.9: CDF del porcentaje de TUs descartados para los mUEs en ambos escenarios (NUE =108) ............................................................................. 271 xii Figura 5.10: CDF de la eficiencia por RB (bits/RB) lograda por los enlaces directos para ambos escenarios (NUE =108) ............................................ 272 Figura 5.11: CDF de la eficiencia por RB (bits/RB) lograda por los enlaces directos para ambos escenarios, separando los resultados por GrRBs (NUE = 108) ............................................................................................................. 274 Figura 5.12: Ejemplo de distribución de usuarios para el escenario 1 ............. 276 Figura 5.13: Porcentaje de TUs descartados para el escenario 1 (Dmaxu =50ms) ..................................................................................................................... 277 Figura 5.14: CDF del porcentaje de TUs descartados para el escenario 1 (NUE = 90) (Dmaxu =50ms) .................................................................................. 278 Figura 5.15: CDF del porcentaje de desviación entre el número de RBs que se ha estimado que debería recibir cada nodo y el número de RBs que el algoritmo de RA realmente asigna a cada nodo para el escenario 1 (NUE =108) (Dmaxu =50ms) ......................................................................................... 279 Figura 5.16: Porcentaje de TUs descartados para el escenario 1, cuando la cota máxima de retardo (Dmaxu) se incrementa a 150ms .................................. 280 Figura 5.17: Porcentaje de TUs descartados para el escenario 1, cuando se mantiene fijo el número medio de UEs concentrados alrededor de cada RN y se incrementa el número medio de UEs distribuidos uniformemente en el área de cobertura del DeNB (Dmaxu =50ms) ................................................... 281 Figura 5.18: Ejemplo de distribución de usuarios para el escenario 2 ............. 283 Figura 5.19: Porcentaje de TUs descartados para el escenario 2 (Dmaxu =50ms) ..................................................................................................................... 283 Figura 5.20: CDF del porcentaje de TUs descartados para el escenario 2 (NUE = 81) (Dmaxu =50ms) .................................................................................. 285 Figura 5.21: CDF del porcentaje de desviación entre el número de RBs que se ha estimado que debería recibir cada nodo y el número de RBs que el algoritmo de RA realmente asigna a cada nodo para el escenario 2 (NUE =81) (Dmaxu =50ms) ......................................................................................... 286 Figura 5.22: Porcentaje de TUs descartados para el escenario 2, cuando la cota máxima de retardo (Dmaxu) se incrementa a 150ms .................................. 287 Figura 6.1: Asignación de recursos del esquema FFRopa ............................... 305 Figura 6.2: Curvas de las eficiencias por RB obtenidas offline ....................... 326 Figura 6.3: Resultados para la estrategia CP_teo (Modelo ON-OFF) .............. 330 xiii Figura 6.4: Resultados para la estrategia CP_med (Modelo ON-OFF) ............ 332 Figura 6.5: Resultados para la estrategia CS_teo (Modelo ON-OFF) .............. 334 Figura 6.6: Resultados para la estrategia CS_med (Modelo ON-OFF) ............ 336 Figura 6.7: Resultados para la estrategia CS_med_ep (Modelo ON-OFF) ...... 346 Figura 6.8: Resultados para la estrategia CS_med_pon_ep – Satisfacción de tasa (Modelo ON-OFF) ...................................................................................... 348 Figura 6.9: Resultados para la estrategia CS_med_pon_ep – Datos buffer (Modelo ON-OFF) ...................................................................................... 350 Figura 6.10: Resultados para la estrategia CS_med_pon_ep_adap - Datos buffer (Modelo ON-OFF) ...................................................................................... 352 Figura 6.11: Modelo de tráfico de transmisión de video [76] .......................... 354 Figura 6.12: Resultados para la estrategia CS_med (Modelo Video) .............. 357 Figura 6.13: Resultados para la estrategia CS_med_pon_ep – Datos buffer (Modelo Video) ........................................................................................... 359 Figura 6.14: Resultados para la estrategia CS_med_pon_ep_adap - Datos buffer (Modelo Video) ........................................................................................... 361 xv Lista de Tablas Tabla 3.1: MCSs considerados ........................................................................... 48 Tabla 3.2: Pedestrian-A extendido (3 km/h) ...................................................... 51 Tabla 3.3: Parámetros generales de simulación ................................................. 58 Tabla 3.4: Esquema de CQI ............................................................................... 59 Tabla 3.5: Parámetros del modelo ON-OFF y del mecanismo de ARQ ............ 59 Tabla 3.6: Máscaras de potencia eNBs y PeNBs ............................................... 60 Tabla 3.7: Porcentaje de UEs que se conectan a las picoceldas (θ = 30º) ........ 67 Tabla 3.8: Porcentaje de descarte de TUs global y del 5% de los peores UEs (NUEeNB = 54 y NUEPeNB = 87) ..................................................................... 68 Tabla 3.9: Porcentaje de descarte de TUs global y del 5% de los peores UEs (NUEeNB = 72 y NUEPeNB = 87) ..................................................................... 70 Tabla 3.10: Porcentaje de descarte de TUs global y del 5% de los peores UEs (NUEeNB = 54 y NUEPeNB = 117) ................................................................... 72 Tabla 3.11: Porcentaje de descarte de TUs global y del 5% de los peores UEs (NUEeNB = 72 y NUEPeNB = 117) ................................................................... 73 Tabla 4.1: Parámetros generales de simulación ................................................. 97 Tabla 4.2: Esquema de CQI ............................................................................... 98 Tabla 4.3: Máscaras de potencia DeNBs y RNs para los esquemas de ICIC preliminares [dBm/RB] ............................................................................... 100 Tabla 4.4: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas PFx (2 RNs por sector, d = 2/3·R y θ0 = 30º) .............................................................. 104 xvi Tabla 4.5: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas SFR_bm_op1 y SFR_bm_op2 (2 RNs por sector, d = 2/3·R y θ0 = 30º) 107 Tabla 4.6: Máscaras de potencia DeNBs y RNs para los esquemas de ICIC propuestos [dBm/RB] .................................................................................. 135 Tabla 4.7: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas Back_op3, Back_op4 y Back_op5 (2 RNs por sector, d = 2/3·R y θ0 = 30º) ............ 136 Tabla 4.8: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas SFR_2GrRBs y FFR_2GrRBs (2 RNs por sector, d = 2/3·R y θ0 = 30º) 139 Tabla 4.9: Prestaciones de la definición de recursos prioritarios entre sectores [Mbps] (2 RNs por sector, d = 2/3·R y θ0 = 30º) ..................................... 144 Tabla 4.10: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas basados en FFR para diferentes valores de bias (2 RNs por sector, d = 2/3·R y θ0 = 30º) ............................................................................................................. 146 Tabla 4.11: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas basados en FFR y SFR (2 RNs por sector, d = 2/3·R y θ0 = 30º) ............................... 148 Tabla 4.12: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas basados en FFR y SFR (2 RNs por sector, d ≈ 0.76·R y θ0 = 30º) ............................. 151 Tabla 4.13: Comparativa del throughput promedio por celda [Mbps] obtenido en las diferentes zonas por los esquemas basados en FFR y SFR (2 RNs por sector y θ0 = 30º) ....................................................................................... 152 Tabla 4.14: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas basados en FFR y SFR (4 RNs por sector, d = 2/3·R, θ0 = 15º y θ1 = 45º) ............. 155 Tabla 4.15: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas basados en FFR y SFR (4 RNs por sector, d ≈ 0.76·R, θ0 = 15º y θ1 = 45º) ............ 159 Tabla 4.16: Comparativa del throughput promedio por celda [Mbps] obtenido en las diferentes zonas por los esquemas basados en FFR y SFR (4 RNs por sector, θ0 = 15º y θ1 = 45º) ...................................................................... 160 Tabla 4.17: Máscaras de potencia DeNBs y RNs para los esquemas de ICIC propuestos basados en la estructura de combinación de tramas [dBm/RB] 188 Tabla 4.18: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas basados en la estructura de combinación de tramas (2 RNs por sector, d = 2/3·R y θ0 = 30º) ............................................................................................................. 189 Tabla 4.19: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas basados en la estructura de combinación de tramas (2 RNs por sector, d ≈ 0.76·R y θ0 = 30º) ............................................................................................................. 193 xvii Tabla 4.20: Comparativa del throughput promedio por celda [Mbps] obtenido en las diferentes zonas por los esquemas basados en la estructura de combinación de tramas (2 RNs por sector y θ0 = 30º) ............................... 194 Tabla 4.21: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas basados en la estructura de combinación de tramas (4 RNs por sector, d = 2/3·R, θ0 = 15º y θ1 = 45º) .......................................................................................... 196 Tabla 4.22: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas basados en la estructura de combinación de tramas (4 RNs por sector, d ≈ 0.76·R, θ0 = 15º y θ1 = 45º) .......................................................................................... 200 Tabla 4.23: Comparativa del throughput promedio por celda [Mbps] obtenido en las diferentes zonas por los esquemas basados en la estructura de combinación de tramas (4 RNs por sector, θ0 = 15º y θ1 = 45º) ............. 201 Tabla 5.1: Parámetros generales ....................................................................... 236 Tabla 5.2: Parámetros relacionados con la estimación de la demanda de RBs de los UEs ........................................................................................................ 237 Tabla 5.3: Parámetros relacionados con la estimación de la cantidad de RBs que debería recibir cada nodo ............................................................................ 237 Tabla 5.4: Parámetros relacionados con las restricciones impuestas por el esquema de ICIC ......................................................................................... 238 Tabla 5.5: Parámetros relacionados con la estimación de la tasa de datos alcanzable .................................................................................................... 238 Tabla 5.6: Decisiones de asignación de RBs para los RNs pares ..................... 242 Tabla 5.7: Decisiones de asignación de RBs para los RNs impares ................. 242 Tabla 5.8: Restricciones de ICIC para la distribución de recursos frecuenciales ..................................................................................................................... 255 Tabla 5.9: Pseudo-código de la fase de redistribución de UEs ........................ 260 Tabla 5.10: Máscaras de potencia DeNBs y RNs [dBm/RB] ........................... 264 Tabla 5.11: Parámetros de los dos modelos de tráfico ..................................... 266 Tabla 6.1: Parámetros generales ....................................................................... 305 Tabla 6.2: Parámetros relacionados con la estimación de RBs a nivel de usuario ..................................................................................................................... 306 Tabla 6.3: Parámetros relacionados con la estimación de RBs a nivel de sector ..................................................................................................................... 306 Capítulo 1 - Introducción 2 acceso al medio OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) para el enlace descendente y SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) para el enlace ascendente. OFDM ofrece alta inmunidad a la propagación multicamino, permite un uso eficiente del espectro y proporciona escalabilidad del ancho de banda. Es gracias a estas características por lo que OFDM es ampliamente utilizada hoy en día, y no solo en el ámbito de las redes móviles (WiFi, DVB-T, etc.). El espectro radio es un bien escaso y muy costoso económicamente, por lo que, si se quieren proporcionar altas tasas de datos, y además a un número elevado de usuarios (UE: User Equipment), las redes móviles 4G deben aplicar esquemas de reúso frecuencial muy agresivos, siendo generalmente el objetivo un reúso unidad, de tal forma que todas las celdas (eNB: evolved NodeB) de la red emplean el mismo ancho de banda. De esta forma se reduce el espectro frecuencial utilizado por la red, sin embargo, estos esquemas generan una fuerte interferencia inter-celular (ICI), que puede degradar las prestaciones de los usuarios, y en especial, de los usuarios que se encuentran en las zonas exteriores de las celdas. Los usuarios exteriores pueden observar niveles de SINR (Signal to Interference and Noise Ratio) bajos debido a los fuertes niveles de ICI, lo que generalmente limita la tasa de datos alcanzable y define el esquema de codificación y modulación a emplear (MCS). Por lo tanto, es necesario aplicar mecanismos de control de la interferencia que mitiguen su efecto y permitan establecer comunicaciones fiables en los exteriores de las celdas. No obstante, aunque se consideren mecanismos de control de la interferencia que permitan reducir los niveles de ICI, el objetivo de proporcionar un servicio ubicuo de calidad sigue quedando limitado, especialmente en áreas con alta concentración de usuarios, en zonas de sombra donde el nivel de señal útil recibido es muy bajo debido al entorno y en las zonas exteriores de las celdas. Una de las propuestas que se consideran dentro del marco de las redes LTE-A para dar solución a estas situaciones es el despliegue de nodos de baja potencia sobre las redes macrocelulares convencionales. Este tipo de despliegues se conoce con el nombre de redes heterogéneas, contemplándose diferentes alternativas basadas en el despliegue de distintos tipos de nodos de baja potencia: femtoceldas, picoceldas y relays. Las femtoceldas son nodos de bajo coste y baja potencia de transmisión, que principalmente se despliegan en entornos interiores, como casas u oficinas. Una característica fundamental es que el enlace de la femtocelda con la infraestructura de la red móvil (enlace backhaul) se lleva a cabo a través de una red distinta a LTE. Normalmente es un enlace de banda ancha cableado, como puede ser una fibra óptica, o una línea ADSL. A través del enlace backhaul la femtocelda puede intercambiar información con otras femtoceldas o con las 1.1 Motivación y objetivos 3 macroceldas. El objetivo principal de este tipo de despliegue es mejorar la cobertura en entornos interiores, ya que las pérdidas de penetración de los edificios complican que las redes macrocelulares convencionales sean capaces de proporcionar altas tasas de datos en el interior de edificios. Generalmente las femtoceldas son desplegadas por los propios usuarios, siendo beneficioso tanto para los usuarios, que disponen de un punto de acceso a la red móvil propio, y dentro de su casa, como para los operadores, que se benefician de una mayor capacidad de red y eficiencia espectral con un coste asociado muy reducido. La principal diferencia entre picoceldas (PeNB: Pico evolved NodeB) y femtoceldas es que las picoceldas son desplegadas por el propio operador, realizándose un despliegue coordinado de estos nodos de baja potencia. Uno de los objetivos principales de los despliegues de picoceldas es que permitan descargar tráfico de las macroceldas, especialmente en zonas donde la concentración de usuarios es elevada. El enlace backhaul con la red troncal es similar al de cualquier otra estación base (eNB). El área de cobertura que cubren las picoceldas es bastante inferior al cubierto por las macroceldas, y son nodos con menor coste económico, lo que ofrece una alternativa interesante a los operadores para incrementar la capacidad de la red en zonas con alta demanda de tráfico. El tercer tipo de nodo de baja potencia considerado en las redes heterogéneas es el relay (RN: Relay Node). Una característica que hace a los relays muy interesantes desde el punto de vista de los operadores es que su enlace backhaul con la red troncal es inalámbrico, reduciéndose significativamente sus costes de despliegue. Los relays emplean la interfaz radio LTE para comunicarse con la macrocelda y acceder a la red troncal, por lo que los relays tienen que compartir los recursos radio disponibles con los usuarios conectados a su macrocelda. Por lo tanto, aunque los usuarios que se conectan a la red a través de los relays serán capaces de emplear MCSs más eficientes gracias a la cercanía de los relays, es necesario tener en cuenta el consumo adicional de recursos radio en los enlaces backhaul de los relays, al tratarse de una comunicación en dos saltos. En definitiva, la ganancia real solo se produce cuando un enlace que ofrece unas condiciones de canal pobres, se sustituye por dos enlaces de mayor calidad, de tal forma que el incremento de tasa obtenido gracias al uso de enlaces de mayor calidad supera el consumo extra de recursos asociado al uso de dos enlaces. El despliegue de relays permite extender la cobertura, incrementar la capacidad de la red y mejorar la experiencia de los usuarios que se encuentran en zonas donde los niveles de señal útil recibidos son bajos, como pueden ser zonas de sombra, o zonas de los exteriores de las celdas. La ganancia que pueden proporcionar las redes heterogéneas es indudable, sin embargo, estos despliegues introducen diferentes retos y problemas técnicos, Capítulo 1 - Introducción 4 que tienen que ser resueltos para poder materializar esa ganancia en escenarios reales. Uno de los principales retos es la gestión de la interferencia, y es que los nodos de baja potencia son desplegados sobre la cobertura de las macroceldas, y se espera que estos nodos de baja potencia empleen el mismo ancho de banda que las macroceldas. En las redes heterogéneas pueden diferenciarse dos capas de red, de tal forma que una capa está formada por las macroceldas, mientras que la otra capa está formada por los nodos de baja potencia. La interferencia que se produce entre nodos pertenecientes a la misma capa de red se conoce como interferencia co-layer. Mientras que a la interferencia que se produce entre nodos pertenecientes a distintas capas de red se la denomina interferencia crosslayer. Por lo tanto, además de considerar mecanismos de control de la interferencia co-layer entre macroceldas, es necesario analizar el nuevo escenario interferente de las redes heterogéneas, proponiendo nuevos mecanismos que permitan mitigar la interferencia cross-layer, así como la interferencia co-layer entre nodos de baja potencia si estos están desplegados en zonas cercanas. Otro aspecto que impacta significativamente en las prestaciones de las redes heterogéneas es el criterio de selección de nodo. Generalmente, en las redes macrocelulares convencionales los usuarios se conectan a la celda de la que reciben el mayor nivel de potencia. Sin embargo, debido a la diferencia en la potencia de transmisión entre las macroceldas y los nodos de baja potencia, si se aplicase este criterio en las redes heterogéneas, solo unos pocos usuarios serían servidos por los nodos de baja potencia. De hecho, usuarios que se encuentran más cerca de un nodo de baja potencia que de la macrocelda, y que por lo tanto observan menores pérdidas de propagación respecto al nodo de baja potencia, podrían conectarse a la macrocelda debido a la diferencia en las potencias de transmisión. Por lo tanto, también es necesario proponer criterios de selección de nodo adecuados a los despliegues heterogéneos, con el objetivo de aprovechar lo máximo posible las ventajas que ofrece disponer de nodos de baja potencia que permitan ofrecer unas pérdidas de propagación bajas. Una gestión efectiva de la interferencia pasa por la aplicación conjunta de mecanismos de coordinación en frecuencia y potencia y mecanismos de scheduling, que a una escala temporal pequeña ajustan las transmisiones de cara a conseguir el máximo aprovechamiento de la diversidad multiusuario y multicanal. No obstante, la aplicación de esquemas de coordinación de interferencia fijos limita la eficiencia de la red, ya que esta no puede adaptarse a las variaciones de carga. Por lo tanto, otro reto que se plantea en los despliegues heterogéneos, y al que tampoco son ajenos los despliegues homogéneos macrocelulares, es la “adaptación lenta” del algoritmo de coordinación (a una escala temporal más grande que el scheduling) para encontrar la combinación de parámetros de funcionamiento, reparto o compartición de recursos y criterio de 1.1 Motivación y objetivos 5 selección de nodo que maximizará la función de utilidad de la red (función de utilidad que depende no solo del grado de satisfacción de los parámetros de QoS, sino de requisitos de accesibilidad y mantenimiento del servicio, equitatividad, etc.). La obtención de una solución óptima se complica al considerar no sólo de qué manera esa combinación se ajustará a las condiciones cambiantes de la carga de la red, sino cómo los nodos y estaciones involucradas obtendrán, difundirán o intercambiarán información y se coordinarán para dar soporte a este algoritmo de adaptación lenta. Además de considerar soluciones para implementar una “adaptación lenta” del esquema de coordinación de interferencias y reparto de recursos, también se requiere considerar otros mecanismos, como el control de admisión. El control de admisión es el encargado de evaluar la conveniencia de aceptar una nueva conexión que requiere recursos del nodo. No debe olvidarse que los recursos con los que se cuenta son limitados y por ello no siempre será posible dar servicio a todos los usuarios que lo requieran, ya que podría sobrepasarse la capacidad del nodo de acceso y en ese caso todas las conexiones en curso verían degradadas sus prestaciones, hecho que debe evitarse en la medida de lo posible. En términos generales, el control de admisión suele englobar dos aspectos: por un lado, el cálculo de la capacidad del nodo y el consumo de recursos de los usuarios, y por otro lado, aplicar políticas de admisión, las cuales definen las condiciones que deben darse para que una nueva conexión sea aceptada. Esta estimación de la capacidad disponible, y del consumo de las nuevas conexiones puede no ser simple, ya que el comportamiento de las estrategias de gestión de recursos radio puede ser diferente dependiendo de la distribución espacial de los usuarios, de las condiciones de canal que estén experimentando, de la movilidad de los usuarios, etc. Por lo tanto, es importante analizar diferentes alternativas de estimación de la capacidad y consumo de los usuarios, así como considerar políticas de admisión que busquen evitar que se sobrepase la capacidad total de la celda. Recientemente se han comenzado a desplegar las primeras redes móviles 5G, no obstante, las redes 5G no van a reemplazar a las redes 4G por el momento, sino que se espera que durante los próximos años coexistan ambos tipos de redes. De hecho, dentro de las primeras especificaciones del 3GPP para las redes 5G (5G New Radio (NR)) se considera una versión NSA (Non-StandAlone), en la que se mantiene la red troncal LTE (EPC: Evolved Packet Core). Como se ha visto, las redes LTE todavía tienen que solventar diferentes retos para poder satisfacer la alta demanda de tasa de datos de los usuarios, sin importar su movilidad, o su ubicación dentro de las celdas. La potencialidad del uso de redes heterogéneas queda avalada por el considerable esfuerzo investigador invertido en este tipo de soluciones. En este contexto, esta tesis se centra en proponer y evaluar estrategias de gestión de recursos y gestión de interferencias en el enlace Capítulo 1 - Introducción 6 descendente para garantizar la coexistencia entre las macroceldas y los nodos de baja potencia desplegados en ellas, centrándose en picoceldas y relays. En primer lugar, el trabajo se centra en desarrollar y evaluar estrategias de gestión de recursos a nivel de enlace que den soporte a las distintas soluciones de despliegue heterogéneo. Para posteriormente centrarse en estrategias de soporte a la coexistencia en condiciones cambiantes de carga y movilidad. Bajo estas condiciones de movilidad se requiere considerar de forma conjunta mecanismos que se condicionan entre sí: criterios de selección de nodo, handover y control de admisión, estimación de consumo y capacidad, así como la aplicación de estrategias adaptativas de reúso frecuencial. Para evaluar las diferentes propuestas que se presentan en esta tesis se ha continuado el desarrollo de un simulador de redes móviles en C++ ya existente. Este simulador ha sido desarrollado completamente dentro del grupo de investigación, por lo que la flexibilidad de cara a la implementación y evaluación de los distintos aspectos considerados en esta tesis ha sido total. Como punto de partida de esta tesis se utilizó el simulador ya existente, que permitía modelar de forma realista redes macrocelulares homogéneas, teniendo en cuenta los distintos aspectos que tienen influencia en la gestión de recursos radio para el enlace descendente, como pueden ser el modelo de canal, el modelo de movilidad de los terminales, los mecanismos de información de calidad del enlace o el modelo de tráfico. Dentro del trabajo realizado en la tesis se ha añadido toda la capa correspondiente con el despliegue de nodos de baja potencia, así como la implementación de todos los algoritmos de gestión de recursos, criterios de selección de nodo y estrategias de control de admisión propuestas en la tesis. 1.2 Estructura de la tesis El contenido de la tesis se estructura en los siguientes capítulos: En el capítulo 2 se revisa la problemática de la gestión de interferencias en redes macrocelulares LTE homogéneas. Posteriormente se presenta cómo se lleva a cabo la gestión de recursos radio a nivel de macrocelda en esta tesis, ya que será el punto de partida para las estrategias de gestión de recursos y coordinación de interferencias que se proponen en los siguientes capítulos. En el capítulo 3 se presenta una revisión del estado del arte sobre diferentes estrategias de coordinación de interferencias y criterios de selección de nodo centradas en el despliegue de picoceldas. Posteriormente, y basado en este análisis, se proponen y evalúan distintos esquemas de coordinación de interferencias que tienen en cuenta el esquema de coordinación de interferencias que se utiliza a nivel de macrocelda, con el objetivo de coordinar los recursos 1.2 Estructura de la tesis 7 frecuenciales empleados por ambas capas de la red, para así mejorar la capacidad de la red completa. Además, también se evalúan las prestaciones de uno de los criterios de selección de nodo propuestos en la literatura que se considera como más interesante, bajo diferentes escenarios. El capítulo 4 continua con estrategias de gestión de interferencia fijas, pero en este caso centradas en el despliegue de relays. Como el enlace backhaul de los relays utiliza la interfaz aire LTE, la gestión de recursos se complica todavía más, ya que estos enlaces deben compartir recursos frecuenciales con los usuarios de la red. En primer lugar, se realiza una revisión del estado del arte, para posteriormente, proponer y evaluar diferentes alternativas de coordinación de interferencias estáticas, que permiten coordinar los recursos empleados por ambas capas de la red, y que buscan maximizar la capacidad total de la red. El capítulo 5 supone una extensión del capítulo anterior, pero considerando condiciones cambiantes de carga y movilidad. Se comienza el capítulo revisando el estado del arte acerca de estrategias dinámicas de gestión de recursos e interferencia, así como criterios de selección de nodo que sean capaces de operar bajo condiciones cambiantes de carga. Basándose en este análisis, y en las estrategias de coordinación de interferencias estáticas evaluadas en el anterior capítulo, se propone y evalúa un algoritmo que combina una distribución dinámica de recursos frecuenciales entre nodos y enlaces, y un criterio de selección de nodo que considera la distribución de carga para tratar de maximizar las prestaciones del sistema. Continuando con condiciones cambiantes de carga y movilidad, el capítulo 6 se centra en un mecanismo interrelacionado con las estrategias de gestión de recursos radio y los criterios de selección de nodo, como es el control de admisión. En primer lugar, se presenta una revisión del estado del arte de las principales propuestas encontradas en la literatura, para posteriormente proponerse diferentes estrategias de control de admisión enfocadas a despliegues macrocelulares homogéneos, que son evaluadas empleando diferentes modelos de tráfico. Finalmente, en el capítulo 7 se presentan las conclusiones más relevantes de esta tesis, así como las principales futuras líneas de investigación que se plantean. 9 Capítulo 2 Gestión de la Interferencia en Redes Macrocelulares Homogéneas Dentro de los objetivos de la tesis se considera el desarrollo de estrategias de gestión de recursos y gestión de interferencias, que permitan la coexistencia entre las redes macrocelulares existentes y el despliegue de nodos de baja potencia. Para contextualizar estas propuestas, en este capítulo se realiza una revisión de la problemática de la gestión de interferencias en redes macrocelulares LTE homogéneas. Hay que tener en cuenta que el despliegue de nodos de baja potencia sobre la cobertura de redes macrocelulares introduce un nuevo escenario interferente. Además, el mecanismo de control de la ICI que se utilice a nivel de macrocelda tendrá un fuerte impacto en las prestaciones de los nodos de baja potencia. Por lo tanto, es necesario revisar y adaptar los mecanismos de control de la ICI que se aplican sobre redes macrocelulares homogéneas. En primer lugar, se realiza una breve descripción de la tecnología OFDMA, para introducir los principales aspectos de esta tecnología que están relacionados con la gestión de los recursos radio. Posteriormente se revisa la problemática de la ICI en redes macrocelulares LTE, analizando brevemente los mecanismos de control de la ICI más relevantes que se han propuesto en la literatura, para centrarnos fundamentalmente en esquemas de ICIC (Inter-Cell Interference Coordination). Finalmente se presenta cómo se lleva a cabo la gestión de recursos radio a nivel de macrocelda en esta tesis, ya que será el punto de partida para las estrategias de gestión de recursos y coordinación de interferencias que se proponen en los siguientes capítulos. Capítulo 2 - Gestión de la Interferencia en Redes Macrocelulares Homogéneas 10 2.1 Tecnología OFDMA para redes LTE Las redes LTE se basan en la técnica de capa física OFDM, empleando OFDMA como técnica de acceso al medio para el enlace descendente (DL: DownLink). OFDMA permite el reparto de recursos radio en dos dimensiones (tiempo y frecuencia), y desde el punto de vista de la gestión de recursos radio, una de las principales características es la flexibilidad en la asignación de recursos, es decir, la flexibilidad en la cantidad de recursos que pueden asignarse a cada usuario, lo que se traduce en el soporte de multitud de tipos de tráfico y calidades de servicio diferentes. En rasgos generales, el ancho de banda total del sistema se divide en NFFT subportadoras OFDM ortogonales, separadas entre sí ∆f Hz. Cada una de estas subportadoras puede transportar un símbolo de datos distinto, lo que permite adaptar la transmisión de cada símbolo a las condiciones de canal. De todas estas subportadoras, sólo Na transmiten potencia, dejando subportadoras libres a ambos lados del ancho de banda (bandas de guarda) para limitar las interferencias en canales adyacentes. Además, parte de las subportadoras se usan para transmitir señales piloto que permiten realizar la estimación de canal en recepción. De esta forma, el espectro de una señal OFDM puede esquematizarse como el mostrado en la Figura 2.1. Figura 2.1: Espectro de la señal OFDM La unidad temporal más básica es el símbolo OFDM, y con el objetivo de mitigar el efecto de la propagación multicamino, en cada símbolo OFDM se inserta un prefijo cíclico (CP: Cyclic Prefix) al inicio del símbolo, que se genera copiando los últimos Tg segundos del símbolo OFDM original. A partir del símbolo OFDM, se define una estructura de transmisión temporal jerárquica formada por tramas de duración 10ms, cada una de las cuales está compuesta por 10 subtramas de 1ms. A su vez, cada subtrama se divide en 2 slots de 7 o 6 símbolos OFDM, dependiendo de la configuración empleada para el CP. La trama determina la periodicidad del envío de los parámetros que permanecen estables en el sistema, mientras que la subtrama (1ms) determina la periodicidad con la que en LTE se actualizan las decisiones de scheduling de recursos Banda de guarda Banda de guarda Subportadoras piloto Subportadoras de datos Subportadora de DC Ancho de banda del canal Banda de guarda Banda de guarda Subportadoras piloto Subportadoras de datos Subportadora de DC Banda de guarda Banda de guarda Subportadoras piloto Subportadoras de datos Subportadora de DC Ancho de banda del canal 2.1 Tecnología OFDMA para redes LTE 11 frecuenciales y temporales (TTI: Transmission Time Interval). En la Figura 2.2 se muestra la estructura de trama LTE. Figura 2.2: Estructura de trama LTE Al considerar OFDMA como técnica de acceso, en un instante determinado es posible transmitir simultáneamente información hacia varios usuarios de la celda. El nivel de control de acceso al medio (MAC: Medium Access Control) deberá repartir los recursos frecuenciales y temporales entre los diferentes usuarios de la manera más eficiente posible, de forma que un usuario recibe en cada asignación un conjunto de recursos frecuenciales durante un conjunto de símbolos. Idealmente, el mecanismo de acceso OFDMA permitiría realizar cualquier reparto de subportadoras entre usuarios y con la granularidad deseada. Sin embargo, este acceso requiere de una cantidad de señalización desmesurada para cubrir cualquier posibilidad. Por ello, se suele apostar por definir bloques de recursos radio (RB: Resource Block), de tal forma que un RB es la unidad mínima de asignación en el sistema. Cada RB comprende NSC subportadoras OFDM, durante NT símbolos OFDM consecutivos de una subtrama. O lo que es lo mismo, si se define el recurso básico, al que denominamos RE (Resource Element) como una subportadora durante un símbolo OFDM, el RB está constituido por [NSC ×NT] REs. Así, un ejemplo del mapa tiempo-frecuencia de una comunicación OFDMA puede esquematizarse como se muestra en la Figura 2.3, donde cada color representa a qué usuario se ha asignado cada RB. Capítulo 2 - Gestión de la Interferencia en Redes Macrocelulares Homogéneas 18 asignación de RBs de la subbanda interior, puede observarse el denominado efecto de ON-OFF de la interferencia, especialmente en situaciones de baja carga. Por lo tanto, una alternativa interesante para controlar este efecto de ONOFF de la interferencia pasa por considerar un algoritmo de asignación de recursos, que en la medida de lo posible confine las transmisiones en los mismos RBs a lo largo del tiempo. Para ello, es necesario añadir ciertas restricciones al scheduling que pueden conllevar un aumento del bloqueo, ya que se reduce la accesibilidad a los recursos frecuenciales. No obstante, estas restricciones permiten reducir la variabilidad de la ICI, permitiendo reducir la BLER, y mejorando las prestaciones del sistema como se vio en [14], donde se propuso el esquema FFRopa (FFR with frequency occupation ordering and power adaptation). El esquema FFRopa se deriva del esquema FFR, pero incorporando ciertas mejoras. En concreto, una de las mejoras consiste en controlar la variabilidad de la interferencia en la zona interior, realizando una asignación ordenada de RBs en esta zona, de tal forma que se concentran las transmisiones en un subconjunto de recursos. La segunda mejora consiste en incorporar cierta flexibilidad en la asignación de potencia. 2.3.1 FFR with frequency occupation ordering and power adaptation (FFRopa) Uno de los principales objetivos del esquema FFRopa es tratar de mantener estable el conjunto de RBs en los que se llevan a cabo las transmisiones en la zona interior de los eNBs, para de esta forma reducir la variabilidad de la ICI. En concreto, la asignación de recursos se lleva a cabo de tal forma que los recursos reservados para la subbanda interior se dividen en tres subbandas, cada una de las cuales se preasigna a uno de los tres sectores de la celda. En primera aproximación, se realiza una asignación ordenada de RBs siguiendo el ordenamiento mostrado en la Figura 2.5. De esta forma se intenta conseguir que las transmisiones de cada sector queden siempre confinadas dentro del mismo conjunto de recursos frecuenciales. Sin embargo, la asignación ordenada limita en exceso la posibilidad de obtener beneficio de la diversidad multiusuario y multicanal en el scheduling frecuencial. Es por ello que, en realidad, la asignación no es estrictamente ordenada, sino que se define un grupo de RBs dentro de la subbanda interior preasignada a cada sector, que recibe el nombre de grupo inicial (SG: Starting Group). El número de RBs que componen este grupo inicial puede variar dinámicamente a lo largo del tiempo, y para hacer una estimación de los RBs que se van a necesitar en un TTI, y por lo tanto definir el grupo inicial, se ha considerado emplear el número de RBs que han sido ocupados en el TTI anterior por cada sector. Teniendo en cuenta este SG, los usuarios, que estarán ordenados 2.3 Gestión de recursos radio a nivel de macrocelda 19 de acuerdo al criterio empleado por el scheduling temporal, irán recibiendo asignaciones en los RBs en los que observan mejores condiciones de canal dentro del grupo inicial de su sector, y una vez que se hayan ocupado todos los RBs que forman el grupo inicial, se seguirán asignando el resto de RBs de la subbanda interior preasignada al sector siguiendo la ordenación. Figura 2.5: Asignación ordenada de RBs en la subbanda interior (FFRopa) Aunque de forma inicial los recursos frecuenciales pertenecientes a la subbanda interior se dividen en tres subbandas, cada una de las cuales se preasigna a un sector, cuando un sector ocupa todos los RBs de su subbanda comienza a ocupar los RBs preasignados a los otros sectores de la celda. Como el scheduling frecuencial se lleva a cabo para todos los UEs de la celda teniendo en cuenta la priorización marcada por el scheduling temporal, cuando el sector al que pertenece un usuario tiene completa su subbanda preferente, se comenzará a robar RBs del sector que tenga menor ocupación. Además, si por ejemplo se toma como referencia el sector A como en la Figura 2.5, comenzará a robar el primer RB libre de la subbanda preasignada al sector B, que sería el sector que tiene menor ocupación de la celda. Posteriormente, el sector B continuará asignando el resto de RBs de su subbanda siguiendo el ordenamiento descrito. Por otro lado, para la subbanda exterior de recursos se aplica una sectorización estricta con el objetivo de mejorar la calidad de la señal para los UEs localizados en el exterior de las celdas. De esta forma, sólo los usuarios del sector pueden recibir los RBs planificados para la subbanda exterior del propio sector. Los RBs disponibles en el sistema se dividen de tal forma, que 2/3 son planificados para la subbanda interior, mientras que el 1/3 restante se planifica para la subbanda exterior. Merece la pena destacar que no se permite que se asigne el mismo RB de forma simultánea en dos sectores pertenecientes a la misma celda, ya que la interferencia inter-sector que se generaría sería demasiado agresiva, reduciendo las prestaciones del sistema. Finalmente, y tal y como se representa en la Figura 2.6, las celdas adyacentes comienzan a asignar los recursos frecuenciales en diferentes puntos de cada una de las subbandas interiores, de tal forma que en Celda 1 Sector C f Potencia f Potencia f Potencia Sector A Sector B Sector C Capítulo 2 - Gestión de la Interferencia en Redes Macrocelulares Homogéneas 20 condiciones de baja carga se consigue que celdas vecinas empleen recursos ortogonales, minimizando la ICI del sistema. Figura 2.6: Asignación de recursos del esquema FFRopa Además de esta ordenación en la asignación de recursos frecuenciales, el esquema FFRopa también incorpora una asignación adaptativa de potencia. De forma inicial se definen dos niveles de potencia transmitida media en la máscara de potencia: Mmed int para la subbanda interior de recursos y Mmed ext para la subbanda exterior, siendo la potencia de transmisión en la subbanda exterior más alta que en la subbanda interior, con el fin de alcanzar a los usuarios situados en los límites de las celdas. Si se aplica una asignación fija de potencia, cuando un usuario recibe un RB, se le asignará la máscara media (Mmed) en el RB correspondiente. El objetivo de emplear potencia constante en las asignaciones es disminuir la variabilidad de la interferencia, sin embargo, como contrapartida tenemos el hecho de que un usuario puede quedarse sin recibir asignación si la potencia requerida supera la máscara, aunque sea por muy poca diferencia. Por lo tanto, esta limitación lleva a considerar un ajuste adaptativo de la potencia de transmisión que permita asignar a un mayor número de usuarios, pero limitando a su vez la variabilidad de la interferencia. Este ajuste adaptativo de potencia solo se lleva a cabo en la subbanda interior, mientras que en los recursos de la subbanda exterior se aplica una asignación fija de potencia, para limitar lo máximo posible la variabilidad en la interferencia. El algoritmo de adaptación se representa esquemáticamente en la Figura 2.7. La potencia requerida por el usuario u en el RB f (Preq,u f) se calcula como se muestra en la ecuación (2.1), donde SINRreq m es la SINR mínima del MCS m que se pretende asignar al UE y CINRest,u f es la CINR que se estima que observará el usuario u en el RB f. La potencia requerida por los usuarios se representa mediante una línea discontinua roja. Los usuarios que tienen una potencia requerida inferior a Mmed (UE 0, UE 2 y UE 3) generan un margen de potencia Celda 1 Celda 2 Celda 3 Celda 4 Celda 5 Celda 6 Celda 7 Sector C f Potencia f Potencia f Potencia Celda 1 Celdas 2, 4 y 6 Celdas 3, 5 y 7 2.3 Gestión de recursos radio a nivel de macrocelda 21 (Mmed −Preq,u f) que se invierte en incrementar la potencia de transmisión para los usuarios que requieren una potencia superior a Mmed (UE 1 y UE 4). De esta forma, de acuerdo al ejemplo representado en la Figura 2.7, la potencia que sobra del UE 0 puede por ejemplo invertirse en los usuarios UE 1 y UE 4, permitiendo aumentar la potencia de transmisión para que ambos usuarios sean capaces de recibir la asignación. Con el objetivo de evitar que estos ajustes adaptativos de la potencia transmitida aumenten en exceso la variabilidad de la interferencia, la potencia asignada a cada usuario siempre debe permanecer entre dos umbrales: Mmin y Mmax. De tal forma que, si la potencia requerida por un usuario es inferior al umbral Mmin, el sistema asume que la potencia requerida por ese usuario es Mmin. Este sería por ejemplo el caso del UE 2 mostrado en la Figura 2.7. Por el contrario, si la potencia requerida por un usuario supera el umbral Mmax, el sistema asume que ese usuario no va a poder recibir la asignación. m req f req,u f est ,u SINR PCINR = (2.1) Figura 2.7: Asignación adaptativa de potencia (FFRopa) Una vez que se han realizado todas las asignaciones de RBs, se procede a reajustar la potencia preasignada de modo que no se exceda el límite máximo de potencia transmitida en la celda (PT,max). Si la potencia total preasignada no excede PT,max, porque ningún usuario ha excedido Mmed o porque se han quedado RBs sin asignar que compensan el exceso de potencia, se valida la preasignación de potencia realizada. De esta forma, los usuarios con buenas condiciones de canal experimentarán un gran margen frente a interferencias al tener asignada una potencia igual a Mmed, lo que permitirá incrementar su MCS para transmitir de forma más eficiente. Por otro lado, cuando la potencia total preasignada excede PT,max, es necesario extraer potencia de los usuarios que generan margen. Para ello se extrae potencia de todos los usuarios cuya potencia requerida es inferior a Mmed de forma proporcional al margen de potencia que observan. De esta forma, se extrae más potencia de aquellos usuarios que observan un mayor Capítulo 2 - Gestión de la Interferencia en Redes Macrocelulares Homogéneas 22 margen de potencia, alcanzado un tratamiento más igualitario de los usuarios y manteniendo un margen de potencia frente a las variaciones del canal o de la interferencia. Como puede verse en el ejemplo mostrado en la Figura 2.7, para compensar el exceso de potencia de los usuarios UE 1 y UE 4, se extrae más potencia de los usuarios que disponen de un mayor margen, como por ejemplo el UE 2. 2.3.1.1 Scheduling frecuencial En [15] puede encontrarse una descripción detallada del algoritmo de scheduling frecuencial asociado al esquema FFRopa, aunque a continuación se detallan las características más relevantes. En primer lugar, el scheduling frecuencial intentará asignar al UE en RBs pertenecientes a la subbanda interior, intentándolo asignar en los RBs pertenecientes al SG de su sector en los que observa mejores condiciones. Si el SG de su sector ya ha sido asignado por completo, el scheduler intenta asignar al UE en los RBs de la subbanda interior preasignada a su sector, siguiendo el orden descrito en el esquema FFRopa (subapartado 2.3.1). Finalmente, si toda la subbanda interior preasignada al sector que da servicio al UE ya ha sido asignada, el scheduler intenta asignar al UE en los RBs de la subbanda interior preasignada al sector con menor ocupación, siguiendo el orden descrito en el esquema FFRopa. Si la asignación del UE no es posible en la subbanda interior, se inicia un proceso de renegociación, que permite reubicar a otros UEs ya asignados en otros RBs (siempre que satisfagan los requisitos de SINR), con el objetivo de liberar RBs que puedan ser asignados al UE que se está considerando. Si finalmente la asignación del UE no es posible en la subbanda interior, se intenta asignar al UE en los RBs pertenecientes a la subbanda exterior de su sector en los que observa las mejores condiciones de canal, incluyendo también el proceso de renegociación si fuera necesario. Merece la pena destacar que después de realizar una asignación de RBs se vuelven a calcular los índices de prioridad temporal de todos los usuarios, se reordenan los usuarios con la nueva prioridad actualizada y se escoge al usuario más prioritario para la siguiente asignación. De tal forma que un usuario puede recibir varias asignaciones en un mismo TTI. Finalmente, una vez que se han realizado todas las asignaciones se lleva a cabo el ajuste de potencia. Por otro lado, el scheduling frecuencial también se encarga de realizar la adaptación de tasa, seleccionando el MCS para cada asignación, en función de los CQIs (Channel Quality Indicators) del usuario. Siempre se garantiza que la SINR que se estima que observará el UE en el RB es igual o mayor que la SINR requerida por el MCS m asignado (SINRreq m). Además, hay que tener en cuenta que se utilizará el mismo MCS en todos los RBs asignados a un UE en un mismo TTI. 23 Capítulo 3 Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de Interferencias y Criterio de Selección de Nodo Como se ha comentado, uno de los principales objetivos de las redes LTE actuales es proporcionar una alta tasa de datos de forma ubicua, de tal forma que los usuarios puedan satisfacer sus altas demandas de tasas de datos, sin importar su ubicación dentro de la red. Una de las propuestas que se consideran para cumplir este objetivo son las redes heterogéneas, y este capítulo se centra en despliegues heterogéneos con picoceldas (PeNBs). Las picoceldas son desplegadas sobre el área de cobertura de las macroceldas por los operadores, llevándose a cabo un despliegue coordinado. Uno de sus principales objetivos es que permitan descargar tráfico de las macroceldas, especialmente en zonas donde la concentración de usuarios es elevada. Sin embargo, como se busca que las picoceldas puedan asignar a sus usuarios en los mismos recursos frecuenciales que son empleados por las macroceldas, aparecen nuevos escenarios interferentes que necesitan ser gestionados correctamente para materializar la ganancia potencial del despliegue heterogéneo con picoceldas. En las redes heterogéneas pueden diferenciarse dos capas de red, de tal forma que una capa está formada por las macroceldas, mientras que la otra capa está formada por los nodos de baja potencia. Como ya se ha introducido, esto permite clasificar la interferencia dependiendo de las capas involucradas. Así, la interferencia que se genera entre nodos pertenecientes a la misma capa de la red se conoce como interferencia co-layer. Mientras que a la interferencia que se Capítulo 3 - Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de (…) 24 produce entre nodos pertenecientes a distintas capas de red se la denomina interferencia cross-layer. En la Figura 3.1 se representan ejemplos de los diferentes escenarios interferentes que pueden generar los despliegues de picoceldas en el enlace descendente (DL). En el primer escenario se considera la situación en la que un usuario conectado a una picocelda (pUE) recibe interferencia del propio eNB en el que está desplegada la picocelda que le da servicio. Aunque los pUEs se encuentren más cerca de su PeNB que del eNB, la diferencia en la potencia transmitida entre eNBs y PeNBs, puede provocar que la interferencia cross-layer recibida del eNB en el que se encuentra desplegado su PeNB sea muy agresiva. Además, tampoco se puede despreciar la interferencia cross-layer que reciben los pUEs de los eNBs vecinos, especialmente cuando el PeNB está desplegado en las zonas exteriores de su eNB. Figura 3.1: Escenarios interferentes en el enlace descendente En el segundo escenario, un usuario conectado a la macrocelda (mUE) es interferido por una picocelda cercana. Esta interferencia también se clasifica como interferencia cross-layer, y aunque la potencia de transmisión de los PeNBs sea baja, será necesario analizar el impacto que pueda tener esta interferencia en las prestaciones de los mUEs. Finalmente, en el escenario 3 un pUE recibe interferencia de una picocelda cercana. En este caso se trata de interferencia co-layer y su impacto dependerá en gran medida de la densidad y distribución del despliegue de picoceldas. Las picoceldas son desplegadas por el operador, y aunque la densidad del despliegue sea alta, se puede asumir un despliegue coordinado. Además, la potencia de transmisión de las picoceldas es reducida, por lo que generalmente los niveles de interferencia co-layer generados entre picoceldas no serán muy agresivos. Las femtoceldas presentan bastantes similitudes con las picoceldas, sin embargo, la principal diferencia es que las femtoceldas son desplegadas por los propios usuarios, y generalmente en entornos interiores, como casas u oficinas. Como las femtoceldas son desplegadas directamente por los usuarios, se PeNB eNB PeNB mUE pUE PeNB PeNB pUE pUE mUE pUE mUE 1 2 3 25 distinguen tres métodos de acceso. Uno de ellos sería acceso abierto, de tal forma que todos los usuarios de la red pueden conectarse a las femtoceldas. El segundo método es acceso cerrado, donde solo los usuarios abonados o autorizados pueden conectarse a la femtocelda. Y por último se dispone de un método intermedio, que es el acceso híbrido, en el que los usuarios no abonados pueden conectarse a la femtocelda, pero solo pueden acceder a una parte de los recursos, para dar prioridad a los usuarios abonados. Los escenarios interferentes que plantean las femtoceldas son los mismos que los recogidos en la Figura 3.1 para el caso de las picoceldas, sin embargo, el método de acceso empleado tiene un fuerte impacto sobre ellos, principalmente sobre los escenarios dos y tres. Respecto al escenario 2, si la femtocelda cercana está configurada con acceso cerrado, por muy cerca que se encuentre el mUE de ella, no podrá conectarse, y por lo tanto, la interferencia cross-layer que recibe puede tener un impacto muy significativo sobre sus prestaciones. La interferencia co-layer entre femtoceldas vecinas contemplada en el escenario 3 también se agrava, ya que las femtoceldas no se despliegan de forma coordinada. Además, si se considera acceso cerrado, la interferencia co-layer puede ser excesiva si la densidad del despliegue es elevada. Ya se ha visto la importancia de la aplicación de técnicas de coordinación de interferencias en entornos macrocelulares, especialmente para poder garantizar condiciones de interferencia adecuadas a los usuarios que se encuentran en las zonas exteriores de las celdas. Por lo tanto, si se quiere evitar que aparezcan agujeros de cobertura provocados por la interferencia generada entre ambas capas de la red, será necesario adaptar los esquemas de ICIC aplicados sobre redes celulares convencionales a las nuevas condiciones de interferencia generadas en las redes heterogéneas. De esta forma se podrá alcanzar la ganancia potencial de los despliegues de picoceldas, y los usuarios que se conecten a las picoceldas podrán verse beneficiados de observar buenas condiciones de canal, gracias a la reducida distancia respecto a la picocelda que les da servicio. Por otro lado, otro aspecto que también impacta de forma significativa en las prestaciones de los despliegues heterogéneos es el criterio de selección de nodo. Generalmente, en las redes macrocelulares homogéneas los usuarios se conectan a la celda de la que reciben un mayor nivel de RSRP (Reference Signal Received Power), que mide la potencia que recibe un UE de las señales de referencia esparcidas por el ancho de banda del sistema. Sin embargo, debido a la diferencia en la potencia de transmisión entre las macroceldas y los nodos de baja potencia, usuarios que observen menores pérdidas de propagación respecto a un nodo de baja potencia podrían conectarse a la macrocelda ya que reciben mayores niveles de RSRP, provocando que solo unos pocos usuarios sean servidos por los nodos de baja potencia. Esta situación se agrava a medida que Capítulo 3 - Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de (…) 26 los nodos de baja potencia son desplegados más cerca de los eNBs, ya que el nivel de potencia recibido del eNB es más fuerte. Por ello también es necesario revisar los criterios de selección de nodo que se aplican convencionalmente sobre despliegues homogéneos, con el objetivo de favorecer que un mayor número de usuarios puedan verse beneficiados de observar menores pérdidas de propagación con las picoceldas que se encuentren próximas. En este capítulo se presenta en primer lugar una revisión del estado del arte sobre diferentes estrategias de coordinación de interferencias y criterios de selección de nodo centradas en despliegues heterogéneos con picoceldas. Basándonos en esta revisión, posteriormente se proponen distintos esquemas de coordinación de interferencias que tienen en cuenta el esquema de ICIC que se utiliza a nivel de macrocelda, con el objetivo de coordinar los recursos frecuenciales empleados por ambas capas de la red, para así mejorar la capacidad de la red completa. Además, también se considera uno de los criterios de selección de nodo propuestos en la literatura que se considera como más interesante, y que persigue expandir el área de cobertura de las picoceldas. Finalmente, se evalúan las prestaciones de los esquemas de coordinación de interferencias propuestos y del criterio de selección de nodo considerado, bajo diferentes escenarios de carga y de despliegue. 3.1 Estado del Arte Para poner en contexto el trabajo considerado en este capítulo, en este apartado se presenta una revisión bibliográfica de diferentes propuestas encontradas en la literatura, centradas en la coordinación de interferencias y criterios de selección de nodo para despliegues heterogéneos con picoceldas. Algunas de las propuestas abordan la coordinación de interferencias desde el dominio frecuencial, imponiendo restricciones a los recursos frecuenciales que pueden ser usados por cada una de las capas de la red, para garantizar recursos en los que los niveles de interferencia cross-layer son reducidos. Otras propuestas realizan la coordinación en el dominio de la potencia, ya sea de forma independiente, o de forma conjunta con estrategias de coordinación frecuencial. Por otro lado, también se revisan varias propuestas en las que la coordinación se realiza en el dominio temporal, centrándose fundamentalmente en restringir las subtramas en las que pueden transmitir los eNBs, para proporcionar recursos con menores niveles de interferencia cross-layer a los usuarios conectados a los PeNBs. Sin embargo, la mayoría de las propuestas se centran en estrategias para reducir la interferencia cross-layer, pero no consideran un esquema de ICIC entre eNBs, que permitiría reducir la ICI, además de poder añadir cierta coordinación entre los recursos frecuenciales empleados. Respecto al criterio de selección de nodo, algunas de estas 3.1 Estado del Arte 27 propuestas consideran una estrategia ampliamente extendida en la literatura, que persigue incrementar el área de cobertura de los nodos de baja potencia. 3.1.1 Gestión de interferencias en despliegues heterogéneos con picoceldas En [16] consideran el despliegue de una red de macroceldas con reúso frecuencial unidad, sobre las que se despliegan doce PeNBs de forma aleatoria en cada una de las macroceldas. No consideran un esquema de ICIC entre macroceldas, y para gestionar la interferencia cross-layer proponen un esquema de coordinación de interferencias que se basa en un reúso parcial entre ambas capas de la red. Por lo tanto, todo el ancho de banda del sistema está disponible en todas las celdas, y el reparto entre ambas capas se realiza de tal forma que una parte del ancho de banda se reserva para uso exclusivo de las picoceldas, otra parte se reserva para uso exclusivo de las macroceldas, mientras que los recursos restantes son compartidos por ambas capas. El tamaño de cada una de las particiones se basa en catalogar a los usuarios en “protegidos” o “no protegidos”, donde un usuario se cataloga como protegido si observa unos niveles de SINR demasiado bajos, o si recibe una fuerte componente de interferencia cross-layer. A estos usuarios se les denomina protegidos porque recibirán asignaciones de recursos en los RBs reservados para su capa, en los que se ha eliminado la interferencia cross-layer. Por el contrario, los usuarios no protegidos recibirán asignaciones en los RBs compartidos entre ambas capas de la red. El ratio entre los usuarios protegidos y no protegidos será el que determine el tamaño de las particiones del ancho de banda del sistema. La propuesta de reservar ciertos recursos para cada capa de la red permite eliminar la interferencia cross-layer en esos recursos, sin embargo, no se aplica ninguna coordinación para mitigar la interferencia co-layer, ni entre eNBs vecinos, ni entre PeNBs vecinos, ya que, aunque la potencia de transmisión de los PeNBs sea reducida, se considera el despliegue aleatorio de varios PeNBs sobre la cobertura de cada eNB. Por lo tanto, un usuario que observe niveles bajos de SINR debido a una fuerte interferencia co-layer, no verá mejoradas sus prestaciones de forma significativa por el hecho de recibir asignaciones en los recursos reservados para su capa de la red. Además, la aplicación de un esquema de ICIC entre eNBs permitiría reducir los niveles interferentes, y por tanto, aumentar la cantidad de RBs que son reutilizados por ambas capas. Ya que, si gran parte de los recursos del sistema son considerados reservados para una de las capas de la red, se reduce el reúso frecuencial, provocando una baja disponibilidad de recursos frecuenciales y reduciendo las prestaciones de los usuarios. Capítulo 3 - Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de (…) 34 Figura 3.3: Criterio de selección de nodo CRE En [23, 24] evalúan la aplicación del criterio de selección de nodo CRE, considerando un escenario formado por una macrocelda, sobre la que se despliegan varias picoceldas de forma aleatoria. Al estar formado el escenario por un único eNB, la propuesta no tiene en cuenta la ICI proveniente de los eNBs vecinos, ni un esquema de ICIC a nivel de eNB. Respecto al reparto de recursos entre ambas capas de la red, consideran que tanto el eNB, como los PeNBs, pueden asignar a sus UEs en todo el ancho de banda disponible en la red. Hay que tener en cuenta que los pUEs que se encuentran en las regiones extendidas reciben mayores niveles de potencia del eNB que de la picocelda que les da servicio, y además, esta diferencia es mayor a medida que se considera un valor de bias más alto. Por lo tanto, con el objetivo de reducir la interferencia sufrida por los pUEs ubicados en las regiones extendidas, los autores proponen que el eNB reduzca su potencia de transmisión en los RBs que son asignados por los PeNBs a los pUEs de las regiones extendidas. La propuesta considera que las picoceldas informen a la macrocelda de los RBs que son asignados a los pUEs de las regiones extendidas. De esta forma, cuando la macrocelda realiza la asignación de recursos frecuenciales a sus mUEs tiene en cuenta estos RBs, limitando la potencia transmitida en ellos. Estos recursos pueden ser asignados a mUEs que se encuentren cerca del eNB, o a mUEs con requisitos de tráfico bajos, ya que en estos mUEs son los que tendrán una menor demanda de potencia. Por lo tanto, la coordinación entre eNB y los PeNBs que se despliegan sobre su área de cobertura se realiza en potencia. Sin embargo, no existe una coordinación para proporcionar al resto de pUEs ciertos recursos donde los niveles interferentes recibidos del eNB sean menores. Es cierto que estos pUEs se encuentran más cerca de su PeNB y que por lo tanto están más protegidos frente a la interferencia, sin embargo, la elevada potencia de transmisión de los eNBs puede limitar sus prestaciones si no se aplica ningún tipo de coordinación. eNB PeNB (RSRP PeNB ) dB > (RSRP eNB ) dB (RSRP PeNB ) dB + bias > (RSRP eNB ) dB 3.1 Estado del Arte 35 En [25] los autores consideran un escenario formado por una red macrocelular, sobre las que se despliegan cuatro picoceldas en las zonas exteriores de cada una de las macroceldas. No consideran un esquema de ICIC a nivel de eNB que permitiría reducir la ICI, especialmente para los UEs de los bordes de las celdas. En este trabajo evalúan la aplicación del criterio de selección de nodo CRE, considerando diferentes valores de bias, y con el objetivo de mejorar los niveles de SINR observados por los pUEs de las regiones extendidas, analizan tres esquemas diferentes de reparto de recursos frecuenciales entre ambas capas de la red. Uno de los esquemas consiste en que tanto el eNB, como los PeNBs que se despliegan sobre su cobertura, reutilicen completamente todo el ancho de banda del sistema (Figura 3.4(a)). Sin embargo, esta reutilización completa, sin aplicar ningún tipo de coordinación entre ambos tipos de nodos, provoca que los niveles de SINR observados por los pUEs sean bajos, especialmente para los pUEs de las regiones extendidas, y agravándose la situación a medida que se aumenta el valor del bias. La segunda estrategia que consideran es la opuesta, es decir, un reparto ortogonal entre ambas capas de la red, que permite eliminar la interferencia cross-layer prácticamente en su totalidad (Figura 3.4(b)). Sin embargo, aunque esta estrategia permita mejorar significativamente los niveles de SINR de los UEs, la menor disponibilidad de recursos tanto en los eNBs, como en los PeNBs, reduce las prestaciones del sistema. Como tercer esquema plantean una estrategia intermedia, que consiste en que las picoceldas empleen todo el ancho de banda disponible, mientras que los eNBs solo acceden a la mitad del espectro (Figura 3.4(c)). Esta estrategia permite garantizar a las picoceldas recursos frecuenciales sin interferencia crosslayer, permitiendo mejorar las prestaciones de los pUEs, y en especial las de los pUEs de las regiones extendidas. Sin embargo, al limitar los recursos disponibles en los eNBs, se reducen significativamente las prestaciones de los mUEs, y por lo tanto, las prestaciones globales de la red. a) Reúso completo b) Reparto ortogonal c) Reúso parcial Figura 3.4: Propuestas de reparto de recursos frecuenciales entre ambas capas Además de estos tres esquemas de reparto de recursos frecuenciales, los autores proponen coordinar la interferencia también en el dominio temporal, implementando la técnica ABS (Almost Blank Subframe) considerada por el 3GPP [30]. Cuando se emplea esta técnica, las subtramas se configuran como eNB PeNBs BW eNB PeNBs BW eNB PeNBs BW Capítulo 3 - Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de (…) 36 subtramas normales, o como subtramas protegidas. En las subtramas normales, tanto los eNBs, como los nodos de baja potencia, transmiten a sus UEs de forma convencional. Sin embargo, en las subtramas protegidas (ABSs), solo se asignan a los UEs conectados a los nodos de baja potencia. De tal forma, que en estas subtramas los eNBs únicamente transmiten las señales de referencia (CRS: Cell specific Reference Signal), por lo que la interferencia recibida por los pUEs en este tipo de subtrama se mitiga en su mayor parte, tanto en los canales de control (PDCCHs: Physical Downlink Control Channels), como en los canales de datos (PDSCHs: Physical Downlink Shared Channels). El eNB y los PeNBs desplegados sobre su área de cobertura deben estar sincronizados a nivel de subtrama, obteniéndose mejores resultados si el resto de eNBs de la red también están sincronizados, o al menos los eNBs vecinos, especialmente si los PeNBs están desplegados en las zonas exteriores de las celdas. La técnica ABS se ha considerado en la literatura [25–29] para reducir la interferencia cross-layer sufrida por los pUEs de las regiones extendidas. Con la implementación de la técnica ABS, los autores de [25] consiguen reducir la interferencia cross-layer sufrida por los pUEs. Sin embargo, las prestaciones de los mUEs se ven reducidas, ya que en las ABSs no pueden ser asignados, reduciéndose los recursos efectivos disponibles. Por lo tanto, de entre los tres esquemas de coordinación frecuencial propuestos, el esquema que permite emplear todo el ancho de banda, tanto en el eNB, como en los PeNBs, es el que permite limitar la reducción de prestaciones de los mUEs. Ya que, a pesar de que uno de los objetivos de los despliegues de picoceldas es que sean capaces de descargar tráfico de los eNBs, reducir los recursos disponibles en los eNBs, ya sea en frecuencia, o en tiempo, puede comprometer la capacidad de los eNBs, que seguirán teniendo que dar servicio a un número elevado de UEs. Por lo tanto, si los mUEs se encuentran limitados por no disponer de suficientes recursos, la ganancia potencial de los despliegues heterogéneos puede verse reducida. Un reúso frecuencial completo entre eNB y PeNBs, junto con la aplicación del criterio de selección de nodo CRE y la implementación de la técnica ABS, es también la propuesta considerada en [26]. El escenario considerado es el despliegue de una macrocelda, sobre la que se despliega una picocelda de forma aleatoria. Por lo tanto, el estudio no tiene en cuenta la ICI recibida de macroceldas vecinas. La propuesta se centra en diseñar un algoritmo que permita definir el patrón ABS, al mismo tiempo que los pUEs son clasificados entre protegidos y no protegidos. El patrón ABS determina qué subtramas concretas son configuradas como subtramas protegidas (ABS) dentro de una trama. Por lo tanto, esta elección determina en gran medida la reducción de los recursos temporales disponibles en los eNBs para poder servir a sus mUEs, y al mismo tiempo, impacta en las prestaciones alcanzables por los pUEs de las regiones 3.1 Estado del Arte 37 extendidas. Los pUEs que sean clasificados como protegidos serán los únicos que podrán ser asignados en las ABSs, mientras que, por el contrario, los pUEs no protegidos serán los únicos que podrán ser asignados en las subtramas convencionales. El algoritmo propuesto compara para cada subtrama dentro de una trama el throughput global que alcanzaría la red si dicha subtrama se configura como normal, frente al que se alcanzaría si dicha subtrama se configura como ABS, con el objetivo de maximizar el throughput de la red. Además, el algoritmo también decide qué pUEs son clasificados como protegidos, y cuales como no protegidos, comparando el throughput que alcanzaría el pUE en cada caso, y teniendo como objetivo que la distribución de throughput entre pUEs sea equitativa. En cualquier caso, merece la pena destacar, que si no hay una sincronización del patrón ABS entre eNBs vecinos, la ICI degradará las prestaciones de los pUEs protegidos, especialmente si los PeNBs son desplegados en las zonas exteriores de las celdas. La propuesta introducida en [27] es bastante similar, considerando un escenario formado por una macrocelda, y dos picoceldas desplegadas sobre su área de cobertura de forma aleatoria. No consideran un esquema de ICIC para reducir la interferencia proveniente de las celdas vecinas, y tanto el eNB, como los PeNBs, pueden asignar a sus UEs en todo el ancho de banda del sistema. Emplean el criterio de selección de nodo CRE, e implementan la técnica ABS para reducir la interferencia sufrida por los pUEs en las regiones extendidas. Proponen un algoritmo para ajustar el patrón ABS, de tal forma que buscan maximizar el throughput global de la red, al mismo tiempo que tratan de minimizar el descarte de paquetes de datos de UEs con tráfico GBR (Guaranteed Bit Rate). Para ello estiman la capacidad de transmisión de datos de cada nodo en ambos tipos de subtrama, considerando la estimación de la SINR observada por cada UE, analizando al mismo tiempo los datos urgentes que deberían recibir los UEs que cursan tráfico GBR, para aliviar su descarte de paquetes. Las propuestas presentadas en [25–29] consideran la aplicación de la técnica ABS, junto con un reúso frecuencial completo entre eNB y PeNBs, limitando los recursos temporales a los que tienen acceso los usuarios conectados a los eNBs. Sin embargo, cabe esperar que los eNBs tengan que seguir siendo capaces de dar servicio a un número elevado de UEs, cubriendo áreas de cobertura más grandes. Por lo tanto, reducir los recursos disponibles en los eNBs, ya sea en tiempo, o en frecuencia, puede comprometer las prestaciones globales de la red. Además, estas propuestas no consideran un esquema de ICIC entre eNBs que permitiría reducir la interferencia generada entre celdas vecinas, además de posibilitar la coordinación de los recursos frecuenciales disponibles en los PeNBs, con los recursos empleados por los eNBs en las zonas en las que se despliegan los PeNBs, como la propuesta considerada en [19, 20]. Capítulo 3 - Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de (…) 38 En este capítulo nos centramos en proponer varios esquemas de coordinación de recursos frecuenciales entre eNBs y PeNBs, que aprovechan la ordenación en la asignación frecuencial de la subbanda interior del esquema FFRopa (subapartado 2.3.1), con el objetivo de proporcionar recursos a los PeNBs en los que la interferencia cross-layer es más baja. Además, también se considera la aplicación del criterio de selección de nodo CRE para aumentar el número de usuarios que permanecen conectados a los PeNBs, analizando diferentes valores bias para diferentes escenarios. 3.2 Modelo del sistema Se consideran celdas con geometría hexagonal, y cada celda está compuesta por tres sectores, de tal forma que cada uno de ellos cubre un ángulo de 120º. En la Figura 3.5 se representan las dos configuraciones más comunes para la orientación de los sectores. Si los sectores se despliegan a 0º (Figura 3.5(a)), se evita la alineación de la dirección de máxima radiación entre sectores colindantes, pero sin embargo se provoca la aparición de una zona de interferencia extremadamente alta en las intersecciones entre los tres sectores de las celdas adyacentes (zona marcada con un círculo rojo). En el caso de aplicar esquemas de ICIC sin sectorización estática, la SINR que observarían los UEs de esas zonas serían muy bajas, degradándose las prestaciones de la red. Este problema puede evitarse si se orienta el azimut de los sectores como se muestran en la Figura 3.5(b). Con este despliegue se evita que coincida la orientación de las direcciones de máxima radiación de los sectores de las celdas adyacentes. Durante toda la tesis se considera únicamente el despliegue a 30º (Figura 3.5(b)), ya que ofrece mejores prestaciones a nivel global. a) Despliegue a 0º b) Despliegue a 30º Figura 3.5: Configuraciones más comunes para el despliegue de sectores En la Figura 3.6 se representa la configuración de despliegue de las picoceldas, representándose el eNB mediante una estrella azul y la picocelda 3.3 Esquemas de ICIC y criterio de selección de nodo propuestos 39 (PeNB) mediante un círculo negro. La estación base (eNB) se despliega en el centro de la celda, y en cada celda se despliega una picocelda (PeNB) en una posición (d, θ), donde d representa la distancia entre la picocelda y el eNB, y θ representa el ángulo entre la dirección formada por el eNB y la picocelda, y la frontera entre los sectores A y C. Figura 3.6: Configuración de despliegue de picoceldas Siguiendo las recomendaciones para el desarrollo de LTE, y tal y como se ha comentado en el capítulo anterior, los recursos frecuenciales del sistema se dividen en RBs, los cuales representan la asignación mínima de recursos. Se considera un ancho de banda del sistema de 5 MHz, con lo que se dispone de un total de 27 RBs. 3.3 Esquemas de ICIC y criterio de selección de nodo propuestos En este apartado se describen las diferentes propuestas consideradas para la gestión de recursos radio y coordinación de interferencias para despliegues de picoceldas, así como el criterio de selección de nodo considerado. Debido a que las picoceldas son desplegadas dentro del área de cobertura de las macroceldas y dado que se pretende emplear las mismas bandas frecuenciales, es importante diseñar un esquema de coordinación de interferencias entre PeNBs y eNBs adecuado. En este proceso de diseño puede observarse un compromiso entre maximizar el reúso frecuencial y minimizar la interferencia cross-layer generada. Como se ha visto en la revisión del estado del arte, en la literatura se han propuesto diferentes tipos de soluciones, como por ejemplo, una de las consideradas en [25], que se basa en un reparto ortogonal de recursos entre ambas capas de la red. Sin embargo, debido a que el espectro frecuencial disponible es muy escaso, además de muy costoso económicamente, este tipo de soluciones no permiten aprovechar al máximo los recursos frecuenciales. Por ello las propuestas consideradas en este capítulo se basan en un reúso parcial de los recursos entre ambas capas. Sector C deNB PeNB θ Capítulo 3 - Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de (…) 40 Los esquemas propuestos en [16–18] sí que consideran un cierto reúso frecuencial entre ambas capas de la red, sin embargo, no consideran un esquema de ICIC entre macroceldas. La aplicación de un esquema de ICIC a nivel de eNB, además de mejorar las condiciones de interferencia del sistema, permite coordinar los recursos empleados por las macroceldas, con los empleados por las picoceldas, pudiendo ofrecer a las picoceldas un conjunto de recursos con un nivel de interferencia menor y más estable. Por ello, las propuestas de este capítulo se centran en coordinar los recursos asignados a las picoceldas, con el esquema de ICIC aplicado en la macrocelda. Los esquemas propuestos se basan en la aplicación del esquema FFRopa como esquema de ICIC entre macroceldas, puesto que este esquema ofrece mejores prestaciones que el esquema FFR convencional. Además de ser necesario considerar un esquema de coordinación de interferencias entre eNBs y PeNBs, el criterio de selección de nodo también tiene un gran impacto en las prestaciones globales del sistema. Por otra parte, se espera que las picoceldas sean capaces de descargar parte de los usuarios de las macroceldas, especialmente en zonas con alta densidad de usuarios. Si se considera un esquema convencional, se podría esperar que el usuario se conectara al nodo que le ofrece un mayor nivel de RSRP o un mayor nivel de SINR. Sin embargo, debido a la diferencia en la potencia de transmisión entre eNBs y PeNBs, los usuarios tenderían a conectarse a los eNBs, reduciendo las ventajas del despliegue de picoceldas. Por ello, tal y como se ha visto en la revisión del estado del arte, es necesario considerar un criterio de selección de nodo adaptado al despliegue de picoceldas, apostando por un criterio basado en la estrategia CRE. 3.3.1 Esquemas de ICIC para despliegues de picoceldas El principio básico detrás de las propuestas es tratar de asignar a las picoceldas aquellos recursos frecuenciales que no son empleados por la macrocelda en la zona en la que son desplegadas, con el objetivo de proporcionar a las picoceldas recursos con niveles interferentes adecuados. Se consideran como punto de partida los esquemas de ICIC para redes macrocelulares FFR y FFRopa. En concreto se contempla el esquema FFR con sectorización en la subbanda exterior, y se considera a modo de referencia, ya que en esta tesis se apuesta por el esquema FFRopa, debido a que las mejoras que incorpora respecto al esquema FFR convencional permiten reducir la variabilidad de la ICI y mejorar las prestaciones de la red. Para ambos esquemas se puede analizar qué recursos frecuenciales pueden ser más interesantes para las picoceldas. 3.3 Esquemas de ICIC y criterio de selección de nodo propuestos 41 Considerando en primer lugar que el esquema de ICIC seleccionado a nivel macrocelular es el esquema FFR, si se analiza la subbanda interior, es imposible diferenciar un conjunto de RBs en los que las picoceldas observen mejores condiciones de interferencia. Esto es debido a que, como no se aplica ninguna restricción en la asignación de la subbanda interior, un RB puede ser asignado por cualquiera de los sectores de la celda. Respecto a la subbanda exterior, se aplica sectorización estricta, por lo que pueden evitarse los RBs de la subbanda exterior asignados por el propio sector en el que está desplegada la picocelda. Si se aplica el esquema FFRopa, se puede aprovechar el ordenamiento en la asignación de recursos que se lleva a cabo en la subbanda interior, para seleccionar prioritariamente aquellos recursos frecuenciales preasignados a los otros dos sectores restantes de la celda, en los que no se encuentra desplegada la picocelda. De esta forma se evitarían los RBs preasignados al propio sector en el que está desplegada la picocelda, pudiendo ofrecer a las picoceldas RBs en los que los niveles interferentes son más bajos. Por lo tanto, una ventaja adicional del esquema FFRopa es que, gracias a preasignar un conjunto de los RBs a cada uno de los sectores, se pueden coordinar los recursos frecuenciales asignados por las macroceldas, con los asignados por las picoceldas, con el objetivo de reducir la interferencia cross-layer y mejorar las prestaciones de la red. Respecto a la subbanda exterior, se aplica sectorización estricta al igual que en el esquema FFR, por lo que pueden evitarse los RBs de la subbanda exterior asignados por el propio sector en el que está desplegada la picocelda. Como se ha comentado, si asumimos el uso de un ancho de banda de 5MHz, se dispone de un total de 27 RBs. De ellos, se consideran 18 RBs como subbanda interior, de los cuales se preasignan a cada sector 6 RBs, mientras que los 9 RBs restantes forman la subbanda exterior, asignando 3 RBs a cada uno de los sectores (Figura 3.7(a)). Hay que tener en cuenta que si se trata de asignar a las picoceldas los recursos frecuenciales que no son asignados por el propio sector en el que está desplegada, esos recursos serán potencialmente asignados por los dos sectores interferentes dominantes de las celdas adyacentes, que si se toma como referencia la picocelda de la celda 1, serían el sector C de la celda 2 y el sector B de la celda 3. Si en primer lugar se analiza la subbanda interior, debido a la flexibilidad que se proporciona en su asignación, aunque se planifiquen para la picocelda RBs pertenecientes a las subbandas preasignadas a los dos sectores restantes de la celda, estos RBs pueden ser asignados por el propio sector, incrementándose significativamente la interferencia cross-layer recibida, especialmente si la picocelda está desplegada cerca del eNB. Además, estos RBs también pueden ser asignados por los dos sectores interferentes dominantes de las celdas adyacentes de forma simultánea, incrementándose también la interferencia cross-layer, y teniendo más impacto en este caso si la picocelda está desplegada en la zona exterior de la celda. Capítulo 3 - Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de (…) 42 a) FFRopa (eNBs) b) FFRopa_6RBs (PeNBs) c) FFRopa_10RBs (PeNBs) d) FFRopa_18RBs (PeNBs) e) FFRopa_24RBs (PeNBs) Figura 3.7: Esquemas de coordinación de interferencias FFRopa_xRBs En el caso de la subbanda exterior, aunque es evidente que la interferencia que recibiría un pUE en un RB que pertenece a la subbanda exterior de uno de los dos sectores interferentes dominantes de las celdas adyacentes es más alta que si se tratase de un RB de la subbanda interior, la sectorización estricta evita que estos RBs sean asignados por el propio sector en el que está desplegada la picocelda, así como evita que estos RBs sean asignados de forma simultánea por los dos sectores interferentes dominantes de las celdas adyacentes. Por lo tanto, los RBs de la subbanda exterior ofrecen una menor variabilidad de la interferencia cross-layer recibida tanto de la propia macrocelda en la que se despliega la picocelda, como de las macroceldas adyacentes. Por ello, el primer esquema de ICIC que se propone es el esquema FFRopa_6RBs (Figura 3.7(b)), en el que a cada picocelda se le asignan los 6 RBs pertenecientes a las subbandas exteriores de los sectores B y C. Con el objetivo de incrementar el reúso frecuencial proporcionando recursos adicionales a las picoceldas, el siguiente paso es considerar la subbanda interior. El primer conjunto de RBs a considerar son las subbandas preasignadas a los dos sectores restantes de la celda (sectores B y C), ya que de esta forma se evitan los RBs que prioritariamente serán asignados por el propio sector en el que está desplegada la picocelda (sector A), minimizando la interferencia cross-layer generada. No obstante, estos RBs pueden ser asignados en cualquier momento por el propio sector A, por lo que en el siguiente esquema de ICIC que se propone (Figura 3.7(c)) se adopta una estrategia conservadora. Esta estrategia Celda 1 Sector C Celda 2 Celda 3 eNB PeNB Recursos disponibles eNBs f Potencia Recursos disponibles PeNBs f Potencia Recursos disponibles PeNBs f Potencia Recursos disponibles PeNBs f Potencia Recursos disponibles PeNBs f Potencia 3.3 Esquemas de ICIC y criterio de selección de nodo propuestos 43 consiste en seleccionar para cada picocelda los dos RBs de la subbanda interior preasignada a cada uno de los dos sectores restantes, que según el ordenamiento seguido en FFRopa (Figura 2.5 y Figura 2.6), serán empleados en último lugar. De esta forma, en situaciones donde la carga del sistema no es muy alta, estos RBs pueden quedarse sin asignar en la propia celda en la que se despliega la picocelda, reduciendo el nivel de interferencia cross-layer que reciben los pUEs, y reduciendo la probabilidad de que esos RBs sean asignados por el propio sector A. Por lo tanto, se añaden cuatro RBs a los recursos disponibles de las picoceldas, haciendo un total de 10 RBs (FFRopa_10RBs). Merece la pena destacar, que tal y como se representa en la Figura 2.6, las celdas adyacentes comienzan a asignar los recursos frecuenciales en diferentes puntos de cada una de las subbandas interiores, con el objetivo de minimizar la ICI del sistema en condiciones de baja carga. Por lo tanto, a cada picocelda se le asignan los dos RBs de la subbanda interior que se emplean en último lugar, de acuerdo al orden particular de su celda. Dando un paso más para incrementar el reúso frecuencial, el siguiente esquema de ICIC que se propone es el esquema FFRopa_18RBs (Figura 3.7(d)), en el que las picoceldas pueden asignar toda la subbanda interior preasignada a los dos sectores restantes de su propia celda. A pesar de que la interferencia cross-layer puede ser más variable en estos RBs adicionales, y de que la potencia transmitida por RB de las picoceldas se reduce al incrementar los recursos disponibles, será necesario comprobar si la mayor disponibilidad de RBs permite compensar ambos aspectos. Por lo tanto, en el esquema FFRopa_18RBs cada picocelda dispone de un total de 18 RBs para sus pUEs: 12 RBs de las subbandas interiores preasignadas a los sectores B y C, más 6 RBs de las subbandas exteriores de los sectores B y C. Si se aprovecha que la potencia de transmisión de los eNBs es más baja en la subbanda interior, se puede proponer un reúso frecuencial todavía más agresivo, de tal forma que se añade a los recursos disponibles de las picoceldas toda la subbanda interior preasignada a su propio sector (sector A). Con esta estrategia, cada picocelda tendría un total de 24 RBs para asignar a sus pUEs, tal y como se refleja en la Figura 3.7(e) (FFRopa_24RBs). Por lo tanto, las picoceldas podrían reutilizar todo el ancho de banda disponible en el sistema, salvo la subbanda exterior de su propio sector, ya que la potencia de transmisión en esta subbanda es más alta, y los niveles de interferencia que sufrirían los pUEs serían excesivos. No obstante, aunque la potencia de transmisión en la subbanda interior sea más baja, los niveles de interferencia que sufrirán los pUEs en los RBs pertenecientes a la subbanda interior preasignada al propio sector A serán elevados. Sin embargo, el scheduling frecuencial de los PeNBs tratará de asignar Capítulo 3 - Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de (…) 50 [ ] ( ) 10 pd Lα α log d Km =+⋅ (3.7) 3.4.2.2 Desvanecimientos lentos Los desvanecimientos lentos o shadowing son las pérdidas que experimenta la señal como resultado de la presencia de grandes obstáculos en la trayectoria de propagación, como pueden ser colinas o grandes edificios. Las pérdidas introducidas por el shadowing se modelan mediante una variable aleatoria (ξk) de distribución lognormal con desviación típica σ. En una situación real, los desvanecimientos lentos debidos a los grandes obstáculos no varían en exceso entre dos posiciones cercanas, es decir, existe un cierto grado de correlación espacial en el shadowing. Por lo tanto, para tener en cuenta este aspecto se considera una distancia de correlación (dcor), que puede definirse como la distancia entre dos puntos que presentan valores de shadowing incorrelados en un escenario dado. Además de esta correlación a pequeña escala, existe también una correlación macroscópica entre las distintas celdas del sistema, ya que los grandes obstáculos que puede encontrarse la señal entre un usuario y los nodos cercanos de su entorno son por lo general similares. Para modelar esta correlación se considera una segunda variable aleatoria (ξ) de distribución lognormal con desviación típica σ, que es común a todos los caminos de propagación de la señal hacia un mismo usuario. Por lo tanto, el valor final de shadowing que se considera en un camino de propagación determinado (ζk) se obtiene como una ponderación de las dos variables lognormales, es decir, de la común a todos los caminos y de la propia de cada camino, tal y como se muestra en la ecuación (3.8). En entornos urbanos suele utilizarse un valor de a2=b2=0.5, lo que significa que hay un 50% de correlación en el shadowing entre nodos. ( ) ( ) ( ) 22 1 kk ζ dB a ξ dB b ξ dB , con a b=⋅ +⋅ + = (3.8) 3.4.2.3 Desvanecimientos rápidos Los desvanecimientos rápidos o Rayleigh son desvanecimientos selectivos en frecuencia que se deben al efecto combinado de la propagación multicamino y la movilidad del terminal. La propagación multicamino se modela normalmente en base a modelos de canal de varios rayos donde la potencia de cada rayo representa la ganancia media del camino de propagación. Para considerar de forma conjunta el efecto de la propagación multicamino y de la movilidad, la potencia de cada uno de los rayos se genera mediante una estadística Rayleigh con el valor promedio dado. En la tesis se ha considerado un modelo que depende de la velocidad de desplazamiento de los usuarios, y que 3.4 Condiciones de evaluación 51 es el modelo propuesto por el 3GPP para el desarrollo de LTE [33]. En la Tabla 3.2 se recoge el modelo considerando una velocidad de desplazamiento de los usuarios de 3 km/h. Retardo del camino [ns] Potencia relativa [dB] 0 0.0 30 -1.0 70 -2.0 90 -3.0 110 -8.0 190 -17.2 410 -20.8 Tabla 3.2: Pedestrian-A extendido (3 km/h) Además del efecto en la potencia de señal debida a la suma de los distintos rayos que conforman el canal de propagación, es importante destacar que las réplicas de la señal pueden provocar interferencia inter-simbólica cuando el retardo del rayo es superior a la duración del prefijo cíclico. No obstante, en las simulaciones que se han llevado a cabo en esta tesis se asume que el prefijo cíclico es capaz de absorber todas las réplicas del canal sin que exista interferencia inter-simbólica. Por otro lado, la velocidad de desplazamiento del usuario provoca una dispersión en frecuencia denominada efecto Doppler, que se traduce en un batido de las componentes frecuenciales de la señal. Este efecto se modela variando la potencia relativa de los rayos del canal, de tal forma que los desvanecimientos rápidos presentan cierta coherencia temporal, cambiando más lentamente para velocidades bajas de desplazamiento del usuario, ya que el entorno varía más lentamente. Por lo tanto, se puede definir un tiempo de coherencia del canal τc, que indica el tiempo que ha de transcurrir hasta que los desvanecimientos rápidos pueden considerarse incorrelados. De las diferentes relaciones que pueden encontrarse en la literatura, se considera la mostrada en la ecuación (3.9), en la que fD es la frecuencia Doppler del usuario, obtenida teniendo en cuenta su velocidad media de desplazamiento (v), la velocidad de la luz (c) y la frecuencia portadora ( fc). Una vez que se fija la velocidad de cambio de los desvanecimientos, la potencia de cada rayo del modelo se ajusta de acuerdo con el modelo clásico de Jakes para considerar el efecto Doppler [34]. 0 423 0 423 c Dc .. τv ff c = = (3.9) Capítulo 3 - Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de (…) 52 3.4.3 Modelado de los procedimientos de monitorización del canal Una de las principales funciones que llevan a cabo los terminales móviles es realizar las medidas de calidad del enlace y generar los correspondientes CQIs. Posteriormente los CQIs son usados por el nodo que da servicio al terminal para tomar las decisiones de asignación de recursos y adaptar el MCS utilizado. Estos informes sobre el estado del canal están constituidos por un valor promedio de calidad del enlace para cada RB, asumiendo que se pueden estimar idealmente las pérdidas del canal y la potencia interferente a partir de la señal recibida. Como medida de la calidad del canal se emplea la relación canal a interferencia y ruido que observa el UE u (CINRest,u f), estimada como se muestra en la ecuación (3.10), donde hu f es la ganancia promedio del canal en el RB f, Iu f es la potencia interferente promedio por portadora en el RB f y Nu f es la potencia promedio del ruido AWGN. f fu est ,u ff uu h CINR IN =+ (3.10) Aunque se asume que es posible estimar idealmente las pérdidas del canal y la potencia interferente a partir de la señal recibida, el sistema no asume un modelado ideal de canal. En concreto, para la generación de los informes CQIs se ha considerado el esquema mostrado en la Figura 3.12, de tal forma que los usuarios promedian la CINR observada para cada RB durante los últimos WCQI ms, generando un nuevo CQI cada ∆TCQI ms. Cada vez que se obtiene un nuevo CQI transcurren ∆CQI ms hasta que este CQI está disponible en el scheduler del nodo que da servicio al UE. Este intervalo ∆CQI permite modelar el retardo introducido por los procesos de transmisión, recepción y procesado del mensaje CQI. Por lo tanto, se modela de forma explícita los errores en la estimación de canal y de la interferencia, debidos a que el nodo que da servicio al UE no dispone en el momento de realizar la asignación de recursos de las condiciones exactas del canal. Figura 3.12: Esquema de envío de CQIs 3.4 Condiciones de evaluación 53 Cuando las condiciones observadas por los usuarios son muy estables, el mecanismo de CQI permite seguir con precisión la evolución el canal, y por lo tanto, se puede realizar una asignación de recursos frecuenciales eficiente. Sin embargo, cuando el canal presenta fuertes variaciones a corto plazo, como por ejemplo debido a altas velocidades de desplazamiento, o debido a condiciones de interferencia muy cambiantes, los CQIs pueden no reflejar las condiciones de canal futuras en las que se realizará la transmisión de datos de forma fiable. Esta situación reduce el rendimiento de los algoritmos de asignación de recursos, ya que, si las condiciones de canal reales se diferencian demasiado de las condiciones estimadas, se produce un aumento de la BLER al cometerse errores en la asignación de RBs y MCSs. Dado que las variaciones del canal son impredecibles e incontrolables por el sistema, ya que dependen de la movilidad del usuario y de cambios en el entorno de propagación de la señal, el único aspecto que los algoritmos de asignación de recursos pueden controlar es la interferencia. Por lo tanto, un algoritmo que permita estabilizar la potencia transmitida en subtramas sucesivas ofrecerá unas condiciones de interferencia más estables, reduciendo la variación de las condiciones de canal observadas por los usuarios. 3.4.4 Modelado de conexiones Como la tesis se centra en el enlace descendente, se puede asumir que los eNBs y los PeNBs actúan como fuentes generadoras de tráfico y transmisores de señal, mientras que los UEs se limitan a recibir la señal, demodular los datos recibidos y calcular las correspondientes estadísticas de calidad del enlace y de tráfico. Además, sin pérdida de generalidad, se asume que cada usuario dispone de una única conexión para la transmisión de datos en el DL desde el nodo que le da servicio. Las conexiones se componen fundamentalmente de los siguientes dos elementos: • Fuente generadora de paquetes: En función del modelo de tráfico considerado en la conexión, cada cierto tiempo se generarán nuevos paquetes de datos con un tamaño determinado, que serán añadidos al buffer de la conexión a la espera de ser transmitidos. • Buffers de transmisión: Cada conexión dispone de dos buffers independientes. Por un lado, se dispone del buffer de salida, que almacena los nuevos paquetes generados pendientes de ser transmitidos. Y por otro lado se dispone del buffer de ARQ (Automatic Repeat reQuest), donde se guardan los bloques de datos que deben ser retransmitidos debido a que fueron recibidos erróneamente por el usuario. Por norma general, el buffer de ARQ tiene mayor prioridad a la hora de transmitir paquetes, puesto que el retardo acumulado por estos Capítulo 3 - Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de (…) 54 paquetes es mayor. El tiempo máximo que un paquete puede permanecer en los buffers de la conexión del usuario u (Dmax u) es un parámetro que depende del tipo de servicio considerado. En concreto, para este capítulo se va a considerar un modelo de tráfico a ráfagas, siguiendo un proceso de tipo ON-OFF. El modelo no se ajusta a ningún servicio específico (voz, video, etc.), pero permite evaluar, sin pérdida de generalidad, las prestaciones de los esquemas de ICIC y del criterio de selección de nodo que se proponen en este capítulo. Durante el periodo ON, la fuente genera un nuevo paquete en cada subtrama de longitud L bits, que será añadido al buffer de salida. Mientras que en el estado OFF la fuente no genera ningún paquete de datos. La duración de los periodos ON y OFF se modela mediante una variable aleatoria exponencial de media TON y TOFF respectivamente. El factor de actividad de la fuente (α) define la relación entre ambos periodos, de acuerdo con la ecuación (3.11). Este tipo de servicio está limitado por el retardo, es decir, que cuando un paquete lleva almacenado en los buffers de la conexión Dmax u subtramas, dicho paquete es descartado. Por lo tanto, se asume un sistema con la aplicación de cotas de retardo hard. ON ON OFF T αTT =+ (3.11) Los paquetes de datos de longitud L generados por la fuente de tráfico se dividen en un número entero de bloques de datos denominados Transport Units (TUs), que es la cantidad mínima de datos que puede transmitir el sistema cuando un usuario recibe una asignación de recursos. Es decir, el tamaño del TU se determina como la cantidad de bits que se transmiten en un único RB cuando se emplea el MCS más bajo del sistema. Una vez que el paquete de datos se divide en TUs, estos TUs son almacenados en el buffer de salida de la conexión. Se tiene en cuenta además un mecanismo de ARQ para la retransmisión de paquetes de datos erróneos, de tal forma que cuando un TU es recibido de forma errónea por el usuario, este TU es almacenado en un buffer especial de ARQ. Se considera un tiempo ∆ARQ durante el cual el paquete de datos debe permanecer en el buffer de ARQ antes de poder ser retransmitido. ∆ARQ permite modelar el tiempo que transcurre desde que se transmite un TU, hasta que el usuario lo procesa, envía el correspondiente NACK y finalmente está a disposición del scheduler para su retransmisión. Con el fin de evitar que el mecanismo de ARQ bloquee la comunicación con sucesivas retransmisiones del mismo paquete de datos, se ha fijado un límite máximo de nRTX retransmisiones. Por lo tanto, un TU es descartado si tras nRTX retransmisiones se vuelve a recibir erróneamente. 3.4 Condiciones de evaluación 55 3.4.5 Máscaras de potencia Para definir los valores de la máscara de potencia empleada en los dos tipos de nodo es necesario tener en cuenta el número de RBs asignables por cada nodo. Respecto a los eNBs, hay que tener en cuenta que se considera una subbanda exterior de recursos, y, por lo tanto, dos niveles de potencia de transmisión. La potencia de transmisión por RB en la subbanda exterior (Mmed,c ext ) se define como un incremento ∆ext, respecto a la potencia de transmisión por RB en la subbanda interior (Mmed,c int ), tal y como se expresa en la ecuación (3.12). Por lo tanto, teniendo en cuenta la ecuación (3.12), los dos niveles de la máscara de potencia, Mmed,c int y Mmed,c ext , se obtienen mediante la ecuación (3.13), donde Ntotal,int,c es el número total de RBs de la subbanda interior de la celda c, Ntotal,ext,c es el número total de RBs de la subbanda exterior de la celda c y PT,max c es la potencia máxima de transmisión de la celda c. [ ] ext int med ,c med ,c ext dBm dBm M M dB RB RB   = +∆     (3.12) [ ] 10 10 10 10 int ext med ,c med ,c dBm dBm MM RB RB c total,int,c total,ext,c T ,max N N P mW       ⋅ +⋅ = (3.13) En el caso de los PeNBs se define un único nivel de potencia de transmisión (Mmed,p), de tal forma que la potencia máxima de transmisión de la picocelda (PT,max p ) se distribuye de forma equitativa entre todos los RBs asignables (3.14). Ntotal,p es el número total de RBs que son asignables por el PeNB p. Como la asignación de potencia es adaptativa, se consideran además los umbrales Mmin y Mmax, con el objetivo de limitar el incremento en la variabilidad de la interferencia. Los valores de las máscaras mínima y máxima se calculan como un decremento de ∆min, y como un incremento de ∆max, sobre el correspondiente valor de la máscara media (Mmed). [ ] 10 10 med ,p dBm MRB p total,p T ,max N P mW    ⋅= (3.14) 3.4.6 Scheduling temporal El objetivo del scheduling temporal es tratar de garantizar la satisfacción de los requisitos de QoS de los usuarios, proporcionando una distribución equitativa de recursos por medio de la priorización de los tráficos a la hora de asignar recursos. La priorización de las distintas conexiones se puede realizar en función de diferentes criterios, y como en este capítulo el modelo de tráfico considerado Capítulo 3 - Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de (…) 56 es un modelo ON-OFF, que es un modelo con restricciones de retardo, se ha considerado la política de scheduling temporal representada en la ecuación (3.15). De esta forma, el scheduler temporal asigna un índice de prioridad a cada usuario u en cada TTI. La política de scheduling temporal se basa en el retardo acumulado de los paquetes almacenados en los buffers de las conexiones de los usuarios, siendo Dmax u la cota máxima de retardo para el servicio cursado por el usuario y dHOL u el retardo acumulado del TU que se encuentra en la cabecera de los buffers de la conexión del usuario. Al aplicar una ponderación teniendo en cuenta la cota máxima de retardo, esta estrategia de scheduling temporal permite tratar de forma equitativa conexiones con diferentes cotas máximas de retardo. Posteriormente, el scheduler frecuencial asignará recursos prioritariamente a aquellos usuarios con mayor índice de prioridad. u HOL u umax d u argmax D ∗  =  (3.15) 3.4.7 Scheduling frecuencial En el caso de los eNBs, como se considera el esquema FFRopa como esquema de ICIC se aplica el algoritmo de scheduling frecuencial descrito en el apartado 2.3.1.1. Respecto a los PeNBs, el algoritmo aplicado sigue el mismo procedimiento que el empleado en los eNBs, pero sin considerar un ordenamiento en la asignación de los recursos frecuenciales. Hay que tener en cuenta que la potencia de transmisión de los PeNBs es más baja que la de los eNBs, y además en la configuración de despliegue que se considera en este capítulo solo se despliega una picocelda en cada eNB. Por lo tanto, la interferencia que introducen las picoceldas a los mUEs que se encuentran en las cercanías no será demasiado alta, pudiendo además el scheduler seleccionar para estos mUEs recursos en los que observen buenas condiciones de canal. Por ello se ha optado por favorecer la flexibilidad en la asignación de recursos frecuenciales en las picoceldas, a costa de incrementar ligeramente la variabilidad de la interferencia sufrida por los mUEs cercanos. Es el scheduling frecuencial el que se encarga de realizar la adaptación de tasa, seleccionando el MCS que se asigna a cada UE en función de los CQIs que envía el UE al nodo que le da servicio. De esta forma, el scheduler garantiza que la SINR que se estima que observará el UE es igual o mayor que la SINR umbral que se requiere por el MCS m asignado (SINRreq m), cuyos valores se recogen en la Tabla 3.1. Por lo tanto, el scheduling frecuencial intenta asignar a cada UE en aquellos RBs en los que obtiene mejores condiciones de canal dentro del conjunto de RBs disponibles, que viene determinado por el esquema de ICIC. Si la asignación de un UE no es posible, se inicia el proceso de renegociación con el objetivo de 3.4 Condiciones de evaluación 57 reubicar a otros UEs ya asignados, y liberar RBs que puedan ser asignados al UE que se está considerando. De la misma forma que en el caso de los eNBs, después de realizar una asignación de RBs se vuelven a calcular los índices de prioridad temporal de todos los usuarios, reordenándose con la nueva prioridad actualizada. Además, en el caso de los PeNBs también se considera el proceso de adaptación de potencia descrito para el esquema FFRopa. Por lo tanto, una vez definida la máscara de potencia media (Mmed), la potencia asignada en cada RB puede adaptarse en función de las condiciones de canal observadas por cada UE, pero manteniendo siempre la potencia asignada dentro de los umbrales Mmin y Mmax con el objetivo de limitar la variabilidad de la interferencia generada. 3.4.8 Patrón de movimiento de los usuarios Los usuarios se desplazan a una velocidad de 3 Km/h siguiendo una trayectoria rectilínea. Cada cierto tiempo los usuarios pueden realizar un cambio en su dirección de desplazamiento en un ángulo entre -π/2 y π/2, que se escoge de forma aleatoria siguiendo una distribución uniforme. Además, el movimiento de los UEs está restringido para que siempre se mantengan dentro de los límites de su respectivo sector para evitar handovers entre sectores y entre eNBs vecinos. Debido a esta restricción, un UE podrá estar conectado a su sector del eNB o al PeNB desplegado en su eNB. 3.4.9 Parámetros de simulación Los parámetros empleados para la evaluación de los esquemas de ICIC que se proponen y del criterio de selección de nodo se recogen en la Tabla 3.3. Los parámetros se han seleccionado de acuerdo a las especificaciones del 3GPP para el desarrollo de LTE [32], considerando la estructura de trama FDD. La tabla incluye los parámetros relacionados con el despliegue de la red, así como los parámetros relacionados con el modelado del canal radio, y con las características de transmisión y recepción de los eNBs, PeNBs y UEs. Capítulo 3 - Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de (…) 58 Parámetro Valor Despliegue 19 celdas trisectorizadas (NBS = 19) y 1 PeNB por celda Distancia entre estaciones base (ISD) 1732 m Frecuencia central 2.5 GHz Ancho de banda del sistema (BW) 5 MHz Periodo de scheduling (TTI) 1 ms Símbolos OFDM por TTI 14 (4 de ellos para control y pilotos) Número de RBs 27 Tamaño del RB 12 subportadoras durante 1 TTI Modelo de propagación eNB→UE: 128.1 + 37.6log10 (d[km]) PeNB→UE: 140.7 + 37.6log10 (d[km]) Desviación estándar del shadowing (σ) eNB→UE: 8 dB PeNB→UE: 10 dB Correlación en el shadowing entre celdas 0.5 Distancia de correlación del shadowing 50 m Modelo multicamino Pedestrian-A extendido (3km/h) Modelo Doppler Jakes Densidad espectral de ruido -174 dBm/Hz Potencia máxima de transmisión (eNB) 43 dBm Ganancia de antena (eNB) 14 dB Patrón de radiación horizontal de la antena (eNB) 70º (-3 dB) con 25 dB de relación delante-atrás Potencia máxima de transmisión (PeNB) 30 dBm Ganancia de antena (PeNB) 5 dB Patrón de radiación horizontal de la antena (PeNB) Omnidireccional Ganancia de antena (UE) 0 dB Patrón de radiación horizontal de la antena (UE) Omnidireccional Ganancia de diversidad en transmisión 3 dB Ganancia de diversidad en recepción 3 dB Figura de ruido del receptor (UE) 9 dB Tabla 3.3: Parámetros generales de simulación Además de estos parámetros generales, en la Tabla 3.4 se recogen los valores concretos que se han considerado en relación al mecanismo de CQI, y en la Tabla 3.5 se recogen los valores considerados para el modelo de tráfico ON- 3.4 Condiciones de evaluación 59 OFF y para el mecanismo de ARQ. Con el objetivo de analizar la capacidad de los esquemas de RRM (Radio Resource Management) que se proponen para satisfacer los requisitos de QoS de los usuarios en términos de retardo de paquetes, se considera una cota máxima de retardo de Dmax u=50 ms, tiempo tras el cual el TU es descartado. Por lo tanto, la tasa de descarte es una métrica directa de la capacidad del sistema para garantizar los requisitos de QoS demandados por los UEs. Respecto al mecanismo de ARQ, de acuerdo con las propuestas consideradas en la literatura, el tiempo durante el cual un paquete de datos que se ha recibido erróneamente debe permanecer en el buffer de ARQ antes de poder ser retransmitido, se puede fijar en ∆ARQ =6 ms para sistemas LTE. Con el fin de evitar que el mecanismo de ARQ bloquee la comunicación con sucesivas retransmisiones del mismo paquete de datos, se ha fijado nRTX =4 retransmisiones. Parámetro Valor ∆TCQI 1 ms WCQI 4 ms ∆CQI 2 ms Tabla 3.4: Esquema de CQI Parámetro Valor TON 30 ms TOFF 90 ms α 1/4 L 240 bits Dmax u 50 ms ∆ARQ 6 ms nRTX 4 Tabla 3.5: Parámetros del modelo ON-OFF y del mecanismo de ARQ En la Tabla 3.6 se recopilan los valores de las máscaras de potencia empleadas en los eNBs y PeNBs para los esquemas de ICIC propuestos. El incremento de potencia considerado para la subbanda exterior de los eNBs (∆ext) es de 5 dB. Y para calcular los valores de las máscaras mínima y máxima se ha considerado ∆min =3 dB y ∆max =3 dB. Hay que tener en cuenta, que al margen de la especificación LTE, cuando el número de RBs preasignados a los PeNBs es menor que el número de RBs disponibles en el sistema, se ha presupuestado un nivel de potencia en las señales de referencia incrementado respecto a la Capítulo 3 - Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de (…) 66 Respecto a las prestaciones de los PeNBs, puede verse que emplear el esquema de ICIC FFRopa entre los eNBs permite incrementar de forma notable el número de UEs a los que es capaz de proporcionar servicio cada PeNB. En el esquema FFR no se realiza una preasignación de los RBs pertenecientes a la subbanda interior entre los diferentes sectores del eNB. Por lo tanto, la interferencia que sufren los pUEs en los RBs de la subbanda interior puede variar drásticamente entre dos subtramas consecutivas, ya que la interferencia puede provenir de cualquier sector. Esta elevada variabilidad de la interferencia provoca un incremento de asignaciones de recursos erróneas, ya que las condiciones de interferencia que observa un pUE cuando recibe una asignación en un RB, pueden distar mucho de las condiciones de interferencia que se han estimado para tomar la decisión de la asignación. Estos errores en la asignación de recursos conllevan que los pUEs no sean capaces de demodular correctamente los datos recibidos, incrementándose la BLER y reduciendo drásticamente las prestaciones de la red. Por el contrario, cuando se emplea el esquema FFRopa como esquema de ICIC entre los eNBs, las condiciones de interferencia que sufren los pUEs son mucho más estables, y por lo tanto el scheduling frecuencial es capaz de estimar con mayor precisión las condiciones de interferencia que observarán los pUEs en el momento de la asignación. Gracias a ello, los paquetes de datos de las conexiones de los usuarios acumulan un menor retardo, reduciéndose la tasa de descarte de TUs, e incrementándose el número de UEs a los que los PeNBs son capaces de satisfacer sus requisitos de QoS. Una vez concluido que las mejores prestaciones se obtienen cuando se emplea el esquema FFRopa como esquema de ICIC entre eNBs, y cuando se amplían los recursos frecuenciales disponibles en los PeNBs a 24 RBs, los siguientes análisis se centran en evaluar los efectos del criterio de selección de nodo en los despliegues picocelulares. Considerando el criterio de selección de nodo basado en el concepto CRE (ecuación (3.6)), en la Tabla 3.7 se muestra el porcentaje de UEs que realmente permanecen conectados a los PeNBs, frente al número total de UEs que son desplegados en el círculo de radio 100 metros alrededor de cada PeNB (NUEPeNB) tal y como se muestra en la Figura 3.13, para diferentes valores de bias y para las diferentes distancias de despliegue (d) consideradas (Figura 3.14). Como cabría esperar, el porcentaje de UEs conectados a los PeNBs se reduce drásticamente a medida que se acercan los PeNBs a los eNBs, debido a la diferencia en la potencia de transmisión. Cuando los PeNBs se despliegan en la zona exterior de los eNBs, puede no ser necesaria la aplicación de un bias a la RSRP de los PeNBs. Por el contrario, cuando los PeNBs se despliegan más hacia el interior de los eNBs será necesario considerar un bias, si el objetivo buscado es que los PeNBs sean capaces de descargar parte de los usuarios de los eNBs, especialmente en zonas con alta densidad de 3.5 Resultados numéricos 67 usuarios. Merece la pena destacar que para obtener los porcentajes mostrados en la Tabla 3.7 se han omitido los efectos de los desvanecimientos lentos (shadowing) y rápidos (Rayleigh), por lo que en los resultados que se presentan a continuación los porcentajes de UEs conectados a los PeNBs pueden variar ligeramente. Distancia del PeNB ( d ) Bias 0 dB Bias 5 dB Bias 10 dB Bias 15 dB Bias 20 dB 200 m 24.5 % 38.5 % 60.5 % 81 % 91.5 % 400 m 60 % 85 % 97 % 100 % 100 % 750 m 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % Tabla 3.7: Porcentaje de UEs que se conectan a las picoceldas (θ = 30º) Como el esquema de ICIC que mejores resultados obtiene es el esquema FFRopa_24RBs, en los resultados que se presentan a continuación para evaluar los efectos del criterio de selección de nodo se emplea este esquema. En la Figura 3.17 se representa el porcentaje de TUs descartados para las tres distancias de despliegue de los PeNBs (d) diferentes, y variando el valor del bias aplicado en el criterio de selección de nodo (ecuación (3.6)). El ángulo de despliegue de los PeNBs se mantiene fijo (θ=30º), y los resultados se muestran de forma separada entre mUEs y pUEs. En este primer escenario se analiza el criterio de selección de nodo ante una situación con baja carga tanto en los eNBs, como en los PeNBs, de tal forma que se despliegan NUEeNB =54 usuarios de forma homogénea en cada eNB y NUEPeNB =87 usuarios en las cercanías de cada PeNB (Figura 3.13). Como la carga del sistema no es muy alta, puede verse que el porcentaje de TUs descartados es bajo en los 3 escenarios, estando siempre por debajo de la Cotadesc obj . En la Tabla 3.8 se recoge además el porcentaje de descarte de TUs a nivel global, así como el porcentaje de descarte de TUs observado por el 5% de peores mUEs y pUEs. Si en primer lugar se analizan las prestaciones de los mUEs (Figura 3.17(a)), puede verse que a medida que se aumenta el bias, el porcentaje de TUs descartados por los mUEs se reduce, especialmente en los casos en los que d= 200 m y d=400 m. Y es que cuando los PeNBs están ubicados más cerca de los eNBs, solo una parte de los UEs que se encuentran en los alrededores de los PeNBs se conectan realmente a los PeNBs, incrementándose la carga de los eNBs. Por ello a medida que se incrementa el bias, más UEs se conectan a los PeNBs, reduciendo la carga de los eNBs, y disminuyendo el porcentaje de TUs descartados gracias a una mayor disponibilidad de RBs. En la Tabla 3.8 puede verse como también el porcentaje de descarte del 5% de los peores mUEs se reduce a medida que se aumenta el bias. Por lo tanto, también se puede concluir que el aumento de las transmisiones por parte de los PeNBs, al incrementar el número de pUEs a los que dan servicio, no degrada significativamente las Capítulo 3 - Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de (…) 68 prestaciones de los mUEs. Aunque merece la pena destacar, que la carga de tráfico de los PeNBs en este escenario no es elevada. 0 0.5 1 1.5 2 0 5 10 15 20 mUEs(d=200m) mUEs(d=400m) mUEs(d=750m) Bias [dB] Descarte de TUs (%) NUE eNB = 54 NUE PeNB = 87 a) mUEs 0 0.5 1 1.5 2 0 5 10 15 20 pUEs(d=200m) pUEs(d=400m) pUEs(d=750m) Bias [dB] Descarte de TUs (%) NUE eNB = 54 NUE PeNB = 87 b) pUEs Figura 3.17: Porcentaje de TUs descartados para varios valores de bias, siendo NUEeNB = 54 y NUEPeNB = 87 (FFRopa_24RBs) (θ = 30º) Por otro lado, en la Figura 3.17(b) puede verse que para el caso en el que d=200 m, el porcentaje de TUs descartados por los pUEs aumenta a medida que se incrementa el bias. Como los PeNBs están ubicados bastante cerca de los eNBs, la interferencia que sufren los pUEs es bastante elevada, especialmente en los RBs pertenecientes a la subbanda interior preasignada al propio sector en el que está desplegado el PeNB. Por lo tanto, los pUEs adicionales que se conectan a los PeNBs a medida que se aumenta el bias, observan niveles de SINR bajos, incrementándose el porcentaje de TUs descartados. No obstante, como la carga de los eNBs es baja, los niveles interferentes observados por los pUEs todavía no son excesivos, obteniéndose porcentajes de descarte de TUs muy por debajo del 1% para las tres distancias de despliegue. Bias [dB] Distancia ( d ): 200 m Distancia ( d ): 400 m Distancia ( d ): 750 m Global 5 % peores Global 5 % peores Global 5 % peores pUEs mUEs pUEs mUEs pUEs mUEs 0 0.44 0.1 1.5 0.35 0.3 1.7 0.25 1.1 1.4 5 0.42 0.2 1.5 0.22 0.3 1.2 0.17 0.8 1.1 10 0.35 1.3 1.2 0.12 0.2 0.8 0.17 0.8 1.1 15 0.29 2.3 0.9 0.10 0.5 0.7 0.16 0.9 1.1 20 0.20 2.5 0.6 0.01 0.8 0.6 0.16 1.6 1.0 Tabla 3.8: Porcentaje de descarte de TUs global y del 5% de los peores UEs (NUEeNB = 54 y NUEPeNB = 87) 3.5 Resultados numéricos 69 Si solo se tuviera en cuenta el porcentaje de descarte de TUs global (Tabla 3.8), aplicar un bias de 20 dB sería la mejor alternativa. Sin embargo, si también se tiene en cuenta el porcentaje de TUs descartados de los peores UEs, puede verse que a medida que se aumenta el bias, el porcentaje de descarte de los peores pUEs se incrementa, especialmente cuando d=200 m. Esto es debido a que los pUEs adicionales que se conectan a los PeNBs cuando se aplica un bias reciben un nivel de señal del propio eNB bastante elevado, por lo que los niveles de SINR observados no son altos. Por lo tanto, en este escenario el valor de bias más recomendado sería 10 dB, ya que para valores más elevados de bias, los pUEs que se encuentran más alejados de los PeNBs empeoran demasiado sus prestaciones. En la Figura 3.18 se representa el porcentaje de TUs descartados cuando se incrementa la carga de los eNBs, de tal forma que NUEeNB =72 usuarios se despliegan homogéneamente en cada eNB, mientras que se mantiene la misma concentración de UEs en las cercanías de los PeNBs (NUEPeNB =87). En este escenario, como la carga de los eNBs es más alta, puede verse en la Figura 3.18(a) que para las tres distancias de despliegue el porcentaje de descarte de TUs de los mUEs está entorno al 1%. Si también se consideran los resultados recogidos en la Tabla 3.9, puede verse que al incrementar el bias se reduce, tanto el porcentaje de TUs descartados a nivel global por los mUEs, como el porcentaje de descarte del 5% de los peores mUEs, gracias a que se reduce la carga de los eNBs. 0 0.5 1 1.5 2 0 5 10 15 20 mUEs(d=200m) mUEs(d=400m) mUEs(d=750m) Bias [dB] Descarte de TUs (%) NUE eNB = 72 NUE PeNB = 87 a) mUEs 0 0.5 1 1.5 2 0 5 10 15 20 pUEs(d=200m) pUEs(d=400m) pUEs(d=750m) Bias [dB] Descarte de TUs (%) NUE eNB = 72 NUE PeNB = 87 b) pUEs Figura 3.18: Porcentaje de TUs descartados para varios valores de bias, siendo NUEeNB = 72 y NUEPeNB = 87 (FFRopa_24RBs) (θ = 30º) Respecto a los pUEs, en la Figura 3.18(b) puede verse que el incremento del porcentaje de descarte de TUs a medida que se aumenta el bias considerado en el criterio de selección de nodo, es mucho más significativo que en el escenario anterior (Figura 3.17(b)). Esto es debido a que el número de UEs conectados a Capítulo 3 - Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de (…) 70 los eNBs es más alto, y por lo tanto, la ocupación de RBs por parte de los eNBs es mayor, incrementándose la interferencia sufrida por los pUEs. De la misma forma que en el escenario anterior, cuando los PeNBs se despliegan a una distancia d=200 m, la interferencia sufrida por los pUEs proveniente de su propio eNB es más fuerte que en las otras dos distancias de despliegue d, degradándose sus prestaciones de forma más significativa. En la Tabla 3.9 puede verse que aplicar un valor de bias por encima de 5 o 10 dB provoca un rápido incremento del porcentaje de descarte del 5% de peores pUEs. Los pUEs adicionales que se conectan a los PeNBs al aplicar un bias al criterio de selección de nodo, son UEs que reciben un mayor nivel de RSRP del eNB, y por lo tanto, como en este escenario la carga de los eNBs es alta, estos pUEs reciben niveles de SINR bajos, no siendo capaces de satisfacer sus requisitos de QoS, e incrementándose rápidamente la tasa de descarte de TUs para valores de bias elevados. Si nos centramos en evitar un porcentaje de descarte demasiado alto para los UEs que reciben las peores prestaciones, el valor de bias escogido para este escenario sería 5 dB. Ya que incrementar el bias por encima de 5 dB no aporta una gran ventaja respecto al porcentaje de descarte global, y sin embargo degrada rápidamente las prestaciones del 5% de peores pUEs. Bias [dB] Distancia (d): 200 m Distancia (d): 400 m Distancia (d): 750 m Global 5 % peores Global 5 % peores Global 5 % peores pUEs mUEs pUEs mUEs pUEs mUEs 0 0.80 0.1 2.3 0.65 0.6 2.7 0.68 5.7 2.5 5 0.67 0.7 2.0 0.55 0.8 2.4 0.56 5.0 2.2 10 0.73 4.3 1.9 0.48 2.2 2.0 0.57 6.3 2.1 15 1.05 14.3 1.8 0.54 5.8 1.9 0.60 9.2 2.0 20 1.93 31.2 1.5 0.67 10.9 1.6 0.70 13.1 1.9 Tabla 3.9: Porcentaje de descarte de TUs global y del 5% de los peores UEs (NUEeNB = 72 y NUEPeNB = 87) En el siguiente escenario que se analiza se mantiene baja la carga de los eNBs (NUEeNB =54), mientras que por el contrario se aumentan los UEs que se despliegan en los alrededores de los PeNBs (NUEPeNB =117), recogiéndose los resultados en la Figura 3.19 y en la Tabla 3.10. De igual forma que en los dos escenarios previos, el porcentaje de descarte de TUs de los mUEs se reduce a medida que se incrementa el bias considerado en el criterio de selección de nodo, gracias a que se reduce el número de UEs que permanecen conectados a los eNBs. Respecto a los pUEs, puede verse en la Figura 3.19(b) que cuando los PeNBs son desplegados a una distancia d=200 m, el porcentaje de descarte de TUs aumenta drásticamente cuando se incrementa el valor del bias. A pesar de que la carga de los eNBs no es muy alta en este escenario, los pUEs reciben 3.5 Resultados numéricos 71 niveles interferentes elevados de su propio eNB, y por lo tanto tienen que emplear MCSs más bajos, necesitando un mayor número de RBs para satisfacer sus requisitos de QoS. A diferencia del escenario considerado en la Figura 3.17(b), ahora la carga de los PeNBs es elevada, y por lo tanto, como los pUEs emplean MCSs más bajos, no existen suficientes RBs disponibles en los PeNBs para satisfacer los requisitos de QoS de los pUEs. Por ello el porcentaje de descarte aumenta cuando se incrementa el bias, ya que se aumenta el número de UEs que permanecen conectados a los PeNBs. Por el contrario, cuando d= 400 m y d=750 m, los niveles interferentes sufridos por los pUEs son más bajos, pudiendo recibir MCSs más elevados, y por lo tanto los PeNBs son capaces de satisfacer los requisitos de QoS de los pUEs, incluso para valores elevados de bias. 0 0.5 1 1.5 2 0 5 10 15 20 mUEs(d=200m) mUEs(d=400m) mUEs(d=750m) Bias [dB] Descarte de TUs (%) NUE eNB = 54 NUE PeNB = 117 a) mUEs 0 0.5 1 1.5 2 0 5 10 15 20 pUEs(d=200m) pUEs(d=400m) pUEs(d=750m) Bias [dB] Descarte de TUs (%) NUE eNB = 54 NUE PeNB = 117 b) pUEs Figura 3.19: Porcentaje de TUs descartados para varios valores de bias, siendo NUEeNB = 54 y NUEPeNB = 117 (FFRopa_24RBs) (θ = 30º) En la Tabla 3.10 puede verse que cuando los PeNBs son desplegados a distancias d=400 m y d=750 m, aumentar el bias permite disminuir el porcentaje de descarte global del sistema, gracias a que se reducen los UEs que se conectan a los eNBs, y los PeNBs son capaces de satisfacer la alta carga de pUEs, debido a que la interferencia proveniente de los eNBs no es demasiado elevada al tener que dar servicio a un número no muy alto de mUEs. No obstante, teniendo en cuenta el porcentaje de TUs descartados de los peores UEs el valor de bias recomendado para este escenario sería 5 dB, ya que para el caso en el que los PeNBs se despliegan a una distancia d=200 m, incrementar el bias no aporta ninguna ganancia debido a la degradación que sufren los pUEs adicionales. Sin embargo, si los PeNBs se despliegan más hacia el exterior de los eNBs, se podría incrementar el bias con el objetivo de reducir el porcentaje de descarte de TUs global. Capítulo 3 - Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de (…) 72 Bias [dB] Distancia (d): 200 m Distancia (d): 400 m Distancia (d): 750 m Global 5 % peores Global 5 % peores Global 5 % peores pUEs mUEs pUEs mUEs pUEs mUEs 0 0.45 0.1 1.8 0.39 0.2 2.2 0.30 2.0 1.8 5 0.45 0.8 1.7 0.24 0.3 1.4 0.17 0.8 1.2 10 0.49 4.1 1.5 0.18 0.5 1.2 0.16 0.7 1.3 15 1.88 23.5 1.1 0.12 0.6 0.9 0.17 1.1 1.3 20 2.46 26.4 0.8 0.12 1.1 0.8 0.17 1.5 1.1 Tabla 3.10: Porcentaje de descarte de TUs global y del 5% de los peores UEs (NUEeNB = 54 y NUEPeNB = 117) Finalmente, en el último escenario que se analiza se considera una carga alta de tráfico en ambos tipos de nodo, desplegándose NUEeNB =72 usuarios de forma homogénea en cada eNB y NUEPeNB =117 usuarios en las cercanías de cada PeNB. Los resultados se recopilan en la Figura 3.20 y en la Tabla 3.11. Como en este escenario la cantidad de UEs distribuidos en los eNBs es alta, y además se concentra un elevado número de UEs en los alrededores de los PeNBs, puede verse en la Figura 3.20(a) que si no se aplica un bias al criterio de selección de nodo, la carga de tráfico en los eNBs se convierte en excesiva, no siendo capaz el sistema de satisfacer la Cotadesc obj . Esta situación es especialmente grave cuando los PeNBs se despliegan a una distancia d=200 m, ya que la cercanía al eNB provoca que sin la aplicación del bias solo una parte de los UEs concentrados en los alrededores de los PeNBs se conecten realmente a ellos. No obstante, aún con la aplicación de un bias al criterio de selección de nodo, el porcentaje de descarte de TUs de los mUEs se encuentra entorno al 1%, debido a que el número de mUEs es elevado. 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 5 10 15 20 mUEs(d=200m) mUEs(d=400m) mUEs(d=750m) Bias [dB] Descarte de TUs (%) NUE eNB = 72 NUE PeNB = 117 a) mUEs 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 5 10 15 20 pUEs(d=200m) pUEs(d=400m) pUEs(d=750m) Bias [dB] Descarte de TUs (%) NUE eNB = 72 NUE PeNB = 117 b) pUEs Figura 3.20: Porcentaje de TUs descartados para varios valores de bias, siendo NUEeNB = 72 y NUEPeNB = 117 (FFRopa_24RBs) (θ = 30º) 3.5 Resultados numéricos 73 Si se compara este escenario con el anterior (Figura 3.19(b)), ahora la carga de UEs de los eNBs es más alta, lo que provoca que los niveles interferentes recibidos por los pUEs sean mayores, incrementándose el porcentaje de descarte de TUs a medida que se incrementa el bias, tal y como se puede ver en la Figura 3.20(b). Por un lado, esto se debe a que los pUEs usan MCSs más bajos al observar peores niveles de SINR, necesitando una mayor cantidad de RBs para satisfacer sus requisitos de QoS, y provocando que los PeNBs no dispongan de suficientes RBs para satisfacer los requisitos de retardo de todos sus pUEs. Además, por otro lado, como los niveles interferentes recibidos de los eNBs son más elevados, los pUEs adicionales que se conectan a los PeNBs con la aplicación del bias al criterio de selección de nodo, observan niveles de SINR todavía más bajos, viendo degradadas sus prestaciones. En la Tabla 3.11 también puede observarse la necesidad de considerar un bias en el criterio de selección de nodo para reducir la carga de los eNBs, y reducir tanto el porcentaje de descarte global, como el porcentaje de descarte del 5% de peores mUEs. No obstante, como la interferencia sufrida por los pUEs es elevada, y además hay una gran concentración de UEs en los alrededores de los PeNBs, incrementar el valor de bias por encima de los 5 dB provoca un rápido incremento del porcentaje de TUs descartados por el 5% de peores pUEs. Por lo tanto, el valor de bias recomendado para este escenario serían 5 dB, con el objetivo de buscar un compromiso entre las prestaciones de los mUEs y las de los pUEs. Bias [dB] Distancia (d): 200 m Distancia (d): 400 m Distancia (d): 750 m Global 5 % peores Global 5 % peores Global 5 % peores pUEs mUEs pUEs mUEs pUEs mUEs 0 2.84 0.1 10.9 0.80 0.5 3.9 0.69 6.0 3.0 5 1.04 1.3 3.6 0.55 1.3 2.6 0.57 5.7 2.5 10 0.95 10.2 2.2 0.62 4.9 2.3 0.56 7.1 2.2 15 4.90 48.8 1.9 1.35 18.8 1.9 0.67 9.8 2.5 20 9.30 66.3 1.7 1.95 27.8 1.7 0.81 13.5 2.3 Tabla 3.11: Porcentaje de descarte de TUs global y del 5% de los peores UEs (NUEeNB = 72 y NUEPeNB = 117) Los resultados muestran la necesidad de aplicar un bias al criterio de selección de nodo en escenarios con alta densidad de UEs, ya que, si se considera un criterio convencional, la diferencia en la potencia de transmisión de eNBs y PeNBs provoca que solo unos pocos UEs permanezcan conectados a los PeNBs, sobrecargando los eNBs, y degradando las prestaciones del sistema. En escenarios con una demanda de tráfico más reducida, la aplicación de un bias también es conveniente, ya que permite por un lado reducir el número de UEs que se conectan a los eNBs, mejorando las prestaciones de los mUEs, y además Capítulo 3 - Despliegues Heterogéneos con Picoceldas: Gestión de (…) 74 por otro lado, también se consigue mejorar el aprovechamiento de los recursos frecuenciales planificados para los PeNBs. Merece la pena destacar que el aumento de las transmisiones por parte de los PeNBs, para dar servicio a un mayor número de pUEs no degrada significativamente las prestaciones de los mUEs, gracias a que la potencia de transmisión por RB de los PeNBs no es muy alta. La aplicación de un bias al criterio de selección de nodo permite por tanto mejorar las prestaciones de la red, reduciendo el porcentaje de descarte de TUs a nivel global. No obstante, es necesario seleccionar cuidadosamente el valor de bias considerado, ya que los pUEs adicionales que se conectan a los PeNBs gracias al bias reciben un mayor nivel de RSRP del eNB, que del PeNB. Por lo tanto, como los PeNBs reutilizan los mismos RBs que los empleados por los eNBs, estos pUEs adicionales observan niveles de SINR bajos, especialmente en escenarios con alta demanda de tráfico en los eNBs, ya que la ocupación de RBs por parte de los eNBs es elevada, provocando fuertes niveles interferentes sobre los pUEs. A la hora de decidir el valor de bias adecuado, además de la carga de tráfico del sistema, otro aspecto muy importante a tener en cuenta es la distancia a la que están desplegados los PeNBs. En los resultados se ha visto que cuando las picoceldas son desplegadas cerca de los eNBs, los niveles de interferencia sufridos por los pUEs son mayores, degradándose sus prestaciones rápidamente a medida que se aumenta el valor del bias. Por otro lado, cuando los PeNBs se despliegan más lejos del eNB, aunque se incrementa la interferencia recibida de los eNBs adyacentes, especialmente en los RBs de la subbanda exterior de los dos sectores interferentes dominantes, se reduce notablemente la interferencia recibida del propio eNB, especialmente en los RBs de la subbanda interior preasignada al propio sector en el que está desplegado el PeNB. Además, también se reduce la interferencia sufrida por los pUEs en los RBs de la subbanda interior preasignada a los dos sectores restantes del eNB, pero que son asignados por el propio sector. Por lo tanto, los RBs disponibles en los PeNBs observan mejores condiciones de interferencia cuando los PeNBs son desplegados a más distancia de su propio eNB. 3.6 Conclusiones En este capítulo se han propuesto varios esquemas de ICIC para despliegues de picoceldas, tomando como referencia los esquemas FFR y FFRopa aplicados a nivel de macrocelda. También se han analizado las prestaciones de un criterio de selección de nodo basado en el concepto CRE. En los resultados se ha comprobado que emplear el esquema FFRopa permite incrementar de forma notable el número de UEs a los que es capaz de proporcionar servicio cada PeNB. Como en el esquema FFRopa la subbanda interior se divide en tres 3.6 Conclusiones 75 partes, cada una de las cuales se preasigna a un sector, se consigue reducir notablemente la variabilidad de la interferencia cross-layer que sufren los pUEs, ya que se mantienen más estables los RBs asignados por cada sector de los eNBs. Por lo tanto, la reducción de la flexibilidad en la asignación de los RBs de la subbanda interior del esquema FFRopa frente al esquema FFR, es compensada gracias a reducir la variabilidad de la interferencia sufrida por los UEs, mejorando tanto las prestaciones de los mUEs, como las de los pUEs. Los resultados numéricos también han mostrado que una mayor disponibilidad de recursos frecuenciales en los PeNBs proporciona una notable ganancia de prestaciones, de tal forma que el esquema FFRopa_24RBs es el esquema de ICIC que mejores resultados proporciona. Por lo tanto, la mayor disponibilidad de RBs permite aprovechar mejor la diversidad multicanal y multiusuario, compensando la degradación debida a la reducción de la potencia transmitida por RB de los PeNBs, así como los elevados niveles interferentes sufridos por los pUEs en los RBs que se van añadiendo a medida que se incrementa el reúso frecuencial. Además, también merece la pena destacar que el incremento del número de transmisiones por parte de los PeNBs, al disponer de una mayor cantidad de RBs, no tiene un impacto significativo en las prestaciones de los mUEs, gracias a que la potencia de transmisión de los PeNBs es baja, y gracias también a que el scheduling frecuencial de los eNBs es capaz de asignar a los mUEs que se encuentran cerca de los PeNBs recursos en los que observan buenas condiciones de canal. Por otro lado, la aplicación de un criterio de selección de nodo convencional basado en el nivel de RSRP no permite aprovechar al máximo las ventajas de los despliegues de picoceldas, ya que debido a la diferencia en la potencia de transmisión entre eNBs y PeNBs, solo una parte de los UEs en los alrededores de los PeNBs se conectan realmente a ellos. Por lo tanto, se hace necesaria la aplicación de un bias al criterio de selección de nodo, especialmente en escenarios con alta demanda de tráfico, para permitir descargar parte de los UEs de los eNBs a las picoceldas, mejorando así la utilización de los RBs disponibles en las picoceldas. No obstante, como las picoceldas reutilizan los mismos recursos frecuenciales que son utilizados por los eNBs, es necesario escoger cuidadosamente el valor del bias considerado. En los resultados se ha visto que un aspecto determinante a la hora de escoger el valor del bias es la carga del sistema, tanto la de los PeNBs, como la de los eNBs, ya que cuando la carga de los eNBs es elevada, su utilización de los RBs disponibles es alta, provocando fuertes niveles interferentes sobre los pUEs. Otro aspecto muy relevante es la distancia a la que se despliegan las picoceldas respecto a su eNB, ya que se ha visto en los resultados que cuando las picoceldas se despliegan cerca de los eNBs, la interferencia sufrida por los pUEs es más agresiva, especialmente en los RBs de la subbanda interior que son asignados por el propio sector en el que Capítulo 4 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Esquemas Estáticos de ICIC 82 4.1 Estado del Arte Para poner en contexto el trabajo considerado en este capítulo, en este apartado se presenta una revisión bibliográfica de diferentes estrategias encontradas en la literatura, centradas en una coordinación de interferencias y gestión de recursos radio estática para despliegues heterogéneos con RNs. Ya se ha visto en el capítulo anterior la importancia de considerar un esquema de ICIC entre DeNBs, ya que permite reducir los niveles interferentes sufridos por los UEs, especialmente para los UEs de las zonas exteriores, y además permite coordinar los recursos utilizados por los DeNBs con los recursos utilizados por los nodos de baja potencia. No obstante, será necesario revisar los esquemas de ICIC convencionales que se aplican sobre redes macrocelulares homogéneas, para considerar el nuevo escenario interferente introducido por el despliegue de RNs, así como la asignación de recursos radio para los enlaces backhaul. En la Figura 4.3 se representan los esquemas partial FFR con subbanda exterior ortogonal (FFR) y soft FFR (SFR), junto con varias configuraciones de red que consideran las posiciones de los RNs sobre las celdas, así como qué celda es la que controla cada uno de los RNs. a) Partial FFR con subbanda exterior ortogonal (FFR) b) Soft FFR (SFR) c) Conf. 1: 3 celdas por emplazamiento y 2 RNs por celda d) Conf. 2: 2 RNs por celda e) Conf. 3: 3 RNs por celda f) Conf. 4: 6 RNs por celda Figura 4.3: Esquemas FFR y SFR, junto con varias configuraciones de despliegue de RNs DeNB RN controlado por otra celda RN controlado por la celda 0 RN controlado por la celda 1 RN controlado por la celda 2 f Potencia f Sub. interior Sub. exterior f Celda 0 Celda 1 Celda 2 f Potencia Sub. exterior f Sub. exterior f Sub. interiorSub. exterior Celda 0 Celda 1 Celda 2 Celda 0 Celda 1 Celda 2 Celda 2 Celda 1 Celda 0 Celda 2 Celda 1 Celda 0 Celda 2 Celda 1 Celda 0 4.1 Estado del Arte 83 En [39, 40] consideran un despliegue de red como el de la configuración 4 (Figura 4.3(f)). No aplican un esquema de ICIC entre DeNBs, y principalmente se centran en proponer varias estrategias de reparto de recursos para las subtramas de acceso, considerando diferentes factores de reúso frecuencial para los enlaces de acceso de los RNs. En el primer esquema propuesto en [39] el ancho de banda disponible en el sistema se divide en seis partes, de tal forma que cada una de esas partes es asignada a los enlaces de acceso de un RN de la celda, mientras que los DeNBs se quedan sin transmitir durante las subtramas de acceso. En este esquema no hay reúso de recursos dentro de cada DeNB, proporcionando un factor de reúso frecuencial (FRF: Frequency Reuse Factor) entre los enlaces de acceso de los RNs de seis (FRF = 6). Basado en esta estrategia en [40] se propone el esquema denominado PF7, que se basa en dividir el ancho de banda disponible en el sistema en siete partes, de tal forma que una de estas partes es utilizada por los DeNBs para asignar sus enlaces directos, mientras que cada una de las seis partes restantes es asignada a los enlaces de acceso de un RN de la celda (Figura 4.4(a)). Tanto en el esquema FRF = 6, como en el esquema PF7, se lleva a cabo un reparto ortogonal de recursos entre los diferentes enlaces presentes dentro de cada DeNB. Por un lado, este reparto permite que no se genere interferencia cross-layer entre DeNBs y RNs. Sin embargo, esta mejora de las condiciones de interferencia se obtiene a costa de reducir los recursos disponibles para los enlaces directos, pudiendo comprometer las prestaciones de los mUEs. Por otro lado, como los RNs pertenecientes a un DeNB asignan sus enlaces de acceso en recursos frecuenciales diferentes, se reduce significativamente la interferencia co-layer, ya que además los RNs de los DeNBs adyacentes que utilizan los mismos recursos se encuentran bastante lejos. No obstante, esta mejora se obtiene de nuevo a costa de reducir los recursos frecuenciales disponibles en los nodos de la red. Para tratar de incrementar la eficiencia espectral, en [39] proponen el esquema FRF = 3, que consiste en dividir el ancho de banda en tres partes, asignando una parte a los enlaces de acceso de cada RN, de tal forma que los dos RNs de la celda que reutilizan los mismos recursos frecuenciales se encuentran lo más alejados posible, tal y como se representan en la Figura 4.4(b). Basado en esta estrategia de reúso entre los enlaces de acceso, en [40] proponen el esquema PR (Figura 4.4(b)), en el que el ancho de banda se divide en cuatro partes, siendo una de esas partes asignadas a los enlaces directos del DeNB, mientras que las tres partes restantes son reutilizadas por los enlaces de acceso de la misma forma que en el esquema FRF = 3. Como el reparto de recursos entre enlaces directos y enlaces de acceso sigue siendo ortogonal, no se genera interferencia cross-layer. Sin embargo, como se considera reúso de recursos entre los enlaces de acceso de RNs pertenecientes al mismo DeNB, la Capítulo 4 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Esquemas Estáticos de ICIC 84 interferencia co-layer recibida por los rUEs es más alta que para los esquemas FRF = 6 y PF7. No obstante, el reparto de recursos de los esquemas FRF = 3 y PR permite alejar los RNs que reutilizan los mismos recursos frecuenciales, tanto los pertenecientes a la misma celda, como los pertenecientes a las celdas adyacentes, minimizando la interferencia co-layer. a) FRF = 6 y PF7 b) FRF = 3 y PR c) FRF = 2 Figura 4.4: Esquemas de RA para las subtramas de acceso con diferentes factores de reúso frecuencial Finalmente, en [39] incrementan todavía más el reúso frecuencial entre los enlaces de acceso de los RNs con el esquema FRF = 2, en el que el ancho de banda del sistema se divide en dos partes, las cuales son asignadas a los enlaces de acceso de los RNs de forma alterna, tal y como se muestra en la Figura 4.4(c). La interferencia co-layer generada entre los enlaces de acceso de los RNs es bastante más agresiva en este esquema, debido especialmente a que los RNs adyacentes de las celdas vecinas utilizan los mismos recursos frecuenciales. Los esquemas FRF = 6 y PF7 son los que proporcionan mejores niveles de SINR a los UEs gracias al reparto ortogonal de recursos entre enlaces directos y de acceso. Sin embargo, son los esquemas que consideran reúso frecuencial (FRF = 3, PR y FRF = 2) los que permiten obtener mejores eficiencias espectrales, ya que, aunque los niveles interferentes sean más altos, la mayor disponibilidad de recursos frecuenciales permite mejorar las prestaciones de la red. En ambos trabajos [39, 40] consideran que los enlaces backhaul de los RNs utilizan parte de los recursos asignados a los DeNBs, pero no realizan una propuesta específica para multiplexar estos enlaces, ni consideran esquemas de reúso frecuencial sobre ellos. Además, tampoco analizan el impacto que tiene el overhead de los enlaces backhaul sobre las prestaciones de la red. Por otro lado, aunque estas estrategias de reúso frecuencial para los enlaces de acceso permiten mejorar la eficiencia espectral del sistema, no se está considerando un esquema f f FRF = 6 PF7 f f FRF = 3 PR f FRF = 2 DeNB RN 4.1 Estado del Arte 85 de ICIC entre DeNBs que permita coordinar los recursos empleados por los diferentes enlaces. a) Configuración 3 (3 RNs por celda) b) Configuración 2 (2 RNs por celda) Figura 4.5: Esquemas de RA para las subtramas de acceso para las configuraciones 2 y 3 La estrategia propuesta para la subtrama backhaul en [41–43] se basa en el esquema SFR, y considera a los RNs como usuarios exteriores virtuales, de tal forma que la subbanda exterior de recursos se asigna a los enlaces backhaul, y la subbanda interior es asignada a los enlaces directos. El uso de la subbanda exterior del esquema SFR para los enlaces backhaul permite una coordinación con los enlaces backhaul de las celdas vecinas, ofreciendo buenas condiciones de interferencia a estos enlaces. Sin embargo, esta propuesta no considera un reúso frecuencial para las subtramas backhaul, realizando un reparto ortogonal de recursos entre enlaces directos y backhaul. Por otro lado, las estrategias consideradas para las subtramas de acceso en estos trabajos no se basan en el esquema SFR. En [41] consideran la configuración de despliegue 3, en la que cada RN está ubicado entre dos celdas, pero de tal forma que cada celda solo controla tres RNs, como se representa en la Figura 4.3(e). En las subtramas de acceso, el ancho de banda del sistema se divide en dos partes. Una de ellas se reserva para los enlaces directos y es común a todos los DeNBs de la red. La otra parte se subdivide en tres subbandas, y considerando un clúster de tres celdas, cada subbanda es asignada a los enlaces de acceso de los RNs controlados por una de las celdas. Por lo tanto, dos de estas tres subbandas son asignadas a los enlaces de acceso en cada celda, mientras que la subbanda restante se asigna a los enlaces directos, tal y como se representa en la Figura 4.5(a). La propuesta de asignar las subbandas de recursos planificadas para los enlaces de acceso de una celda de forma alterna es similar al esquema FRF = 2 propuesto en [39], pero en este caso adaptada a la configuración de despliegue 3. Sin embargo, es necesario destacar que la propuesta no considera el reúso de recursos frecuenciales dentro del mismo DeNB. Es decir, que la subbanda asignada a los enlaces de acceso de Celda 1 Celda 2 Celda 3 f P Celda 1 f P Celda 2 f P Celda 3 Celda 1 Celda 2 Celda 3 f P DeNB RN Capítulo 4 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Esquemas Estáticos de ICIC 86 los RNs de cada celda es compartida por los tres RNs, y un mismo RB solo puede ser asignado a los enlaces de acceso de uno de los RNs de la celda. Los mismos autores proponen en [42] la estrategia representada en la Figura 4.5(b) para las subtramas de acceso. En este caso consideran la configuración de despliegue 2 (Figura 4.3(d)), en la que cada RN está ubicado entre tres celdas, pero de tal forma que realmente cada celda controla dos RNs. El ancho de banda del sistema se divide en tres partes. Una de ellas es asignada a los enlaces directos y es común a todos los DeNBs. Mientras que las dos partes restantes son asignadas a los enlaces de acceso de los RNs de forma alterna, como en el esquema FRF = 2 [39]. No obstante, y de igual forma que en [41], la propuesta no considera el reúso de recursos frecuenciales dentro del mismo DeNB. Las estrategias propuestas en [41, 42] para las subtramas de acceso permiten realizar un reparto de recursos coordinado entre enlaces directos y enlaces de acceso, pero no aplican reúso frecuencial entre los diferentes enlaces, comprometiendo la ganancia del despliegue de RNs. En [43] consideran la configuración 1 (Figura 4.3(c)), pero desplegando cuatro RNs en cada celda en lugar de dos. Para las subtramas de acceso proponen una estrategia similar a la propuesta en [42], de tal forma que dividen el ancho de banda del sistema en tres partes, planificando una de ellas para los enlaces directos de las celdas, mientras que las dos partes restantes son asignadas a los enlaces de acceso de los RNs de forma alterna. Sin embargo, en este caso sí que se permite un reúso de recursos entre los RNs que reciben la misma subbanda frecuencial, de forma similar al esquema FRF = 2 [39]. Las propuestas consideradas en [41–43] para las subtramas de acceso presentan ideas similares a las propuestas en [39, 40] pero adaptadas a diferentes configuraciones de despliegue de RNs, buscando asignar recursos frecuenciales diferentes entre RNs vecinos, y aplicando reúso entre los enlaces de acceso de los RNs de la misma celda en el caso de [43]. Sin embargo, no consideran un esquema de ICIC entre DeNBs que permita incrementar el reúso frecuencial, mediante la coordinación de los recursos empleados por los diferentes enlaces. En [44, 45] proponen estrategias basadas en el esquema SFR para las subtramas de acceso. Sin embargo, en ninguno de los dos trabajos realizan una propuesta para las subtramas backhaul, ni tienen en cuenta el impacto real del overhead de los enlaces backhaul en las prestaciones de la red. En [44] consideran la configuración de despliegue 4 (Figura 4.3(f)), y la estrategia de ICIC propuesta se basa en el esquema SFR, de tal forma que la subbanda interior se asigna a los enlaces directos, mientras que la subbanda exterior es utilizada por los RNs para sus enlaces de acceso. La subbanda exterior de los DeNBs se divide en tres partes, y se define también una máscara de potencia de dos niveles en los RNs. La subbanda exterior de cada RN está formada por una de las partes 4.1 Estado del Arte 87 de la subbanda exterior de su DeNB, y el RN que reúsa la misma parte como subbanda exterior es el que se encuentra más alejado dentro del DeNB. Por lo tanto, este reparto de recursos para las subbandas exteriores de los RNs sigue el mismo planteamiento que los esquemas FRF = 3 [39] y PR [40] (Figura 4.4(b)). Como subbanda interior, cada RN puede asignar las dos partes restantes de la subbanda exterior de su DeNB. Como los RNs utilizan para sus enlaces de acceso la subbanda exterior de su DeNB siguiendo el esquema SFR, los RNs de los DeNBs vecinos emplean recursos frecuenciales diferentes, reduciendo la interferencia co-layer. Sin embargo, como contrapartida, aunque en cada DeNB se considera un reparto ortogonal de recursos entre enlaces directos y enlaces de acceso, los rUEs reciben interferencia cross-layer de las subbandas interiores de los DeNBs vecinos. Por otro lado, todos los RNs del DeNB reutilizan por completo la subbanda exterior del DeNB. Sin embargo, al definir dos niveles en la máscara de potencia de los RNs, y separar los RNs que reutilizan los mismos recursos frecuenciales en su subbanda exterior, evitan que las condiciones de interferencia de los rUEs sean demasiado agresivas. No obstante, a pesar de que el esquema propuesto se basa en SFR, e incorpora reúso frecuencial entre los enlaces de acceso de los RNs, el reparto de recursos entre enlaces directos y de acceso sigue siendo ortogonal, reduciendo los recursos disponibles para los enlaces directos. La estrategia de ICIC propuesta en [45] para las subtramas de acceso también se basa en SFR, pero en este caso consideran la configuración de despliegue 1 (Figura 4.3(c)). Además, todo el ancho de banda de la red es asignado a los enlaces directos, mientras que los enlaces de acceso de cada uno de los dos RNs son asignados en la subbanda exterior de uno de los DeNBs adyacentes, tal y como se representa en la Figura 4.6. Por lo tanto, no se considera un reparto ortogonal entre enlaces directos y enlaces de acceso, si no que los enlaces de acceso reutilizan los recursos frecuenciales de la subbanda interior de su propio DeNB. Este reparto de recursos permite que RNs adyacentes empleen recursos frecuenciales diferentes, minimizando la interferencia co-layer. Sin embargo, los enlaces de acceso son interferidos tanto por el propio DeNB, como por los DeNBs adyacentes. Además, uno de los DeNBs adyacentes utiliza los mismos recursos que los enlaces de acceso del RN para su subbanda exterior, por lo que la interferencia cross-layer es bastante agresiva. Por lo tanto, esta propuesta consigue incrementar el reúso frecuencial, pero a costa de empeorar las condiciones de interferencia de los rUEs. Capítulo 4 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Esquemas Estáticos de ICIC 88 Figura 4.6: Esquema de RA para la subtrama de acceso basado en SFR (configuración 1) Los trabajos que se encuentran en la literatura centrados en esquemas de RRM e ICIC para despliegues heterogéneos con RNs tienen a menudo varias limitaciones. La mayor parte de estos trabajos no consideran una propuesta para los enlaces backhaul, o no consideran una propuesta optimizada asumiendo un reparto ortogonal entre enlaces directos y enlaces backhaul. Sin embargo, el enlace backhaul podría ser el cuello de botella de las comunicaciones a través de los RNs si no se diseña un esquema de RRM para las subtramas backhaul de forma adecuada. Además, en pocos trabajos se considera de forma realista el overhead introducido por los enlaces backhaul, por lo que las ganancias estimadas para los despliegues con RNs serían demasiado optimistas. Por otro lado, muchos trabajos no consideran el impacto que tiene el esquema de ICIC empleado entre macroceldas. Y es que, esquemas de ICIC que proporcionan prestaciones similares en redes homogéneas convencionales, pueden ofrecer diferentes soluciones de RRM para despliegues heterogéneos con RNs. El objetivo será tratar de coordinar los recursos empleados por los enlaces directos con los recursos asignados a los enlaces introducidos por los RNs, buscando incrementar el reúso frecuencial. Los trabajos de la literatura analizan las prestaciones de estrategias de ICIC específicas. Sin embargo, es difícil cuantificar las mejoras que introducen respecto a otras propuestas. En este capítulo comparamos diferentes estrategias de RRM para despliegues heterogéneos con RNs, para determinar el equilibrio entre las restricciones impuestas por el esquema de ICIC empleado, y el throughput del sistema. Un esquema de ICIC estricto permite reducir la interferencia generada, sin embargo, reducir la disponibilidad de recursos frecuenciales puede degradar las prestaciones del sistema. Por ello es necesario analizar ese compromiso entre las restricciones impuestas por el esquema de ICIC y el throughput alcanzado por la red. Finalmente, otro de los aspectos que también cobra especial relevancia para optimizar las prestaciones de los despliegues heterogéneos es el criterio de selección de nodo. En el capítulo anterior se ha visto que una estrategia f Potencia Sub. exterior f Sub. exterior f Sub. interior Sub. exterior Celda 0 Celda 1 Celda 2 Celda 0 Celda 1 Celda 2 4.2 Modelo del sistema con despliegue de relays 89 ampliamente extendida para incrementar el número de UEs que se conectan a los nodos de baja potencia es el criterio CRE, que se lleva a la práctica aplicando un bias positivo al nivel de RSRP de los nodos de baja potencia. El criterio CRE también se ha considerado como una estrategia válida para aumentar la cantidad de usuarios que permanecen conectados a los RNs, tal y como consideran en [46]. 4.2 Modelo del sistema con despliegue de relays Como en el capítulo anterior, se han considerado celdas trisectorizadas con geometría hexagonal, en las cuales, la estación base (DeNB) se despliega en el centro de la celda, y los relays (RNs) se despliegan alrededor de la estación base, formando un círculo, tal y como se refleja en la Figura 4.7. El DeNB se representa mediante una estrella azul, y los RNs mediante un círculo negro. Se han considerado dos configuraciones de despliegue de relays: en la primera se despliegan dos relays en cada sector (Figura 4.7(a)), y en la segunda se aumenta el número de relays desplegados a cuatro relays en cada sector (Figura 4.7(b)). Cada RN es desplegado en una posición (di, θi), donde di representa la distancia entre el RNi y el DeNB, y θi representa el ángulo entre la dirección formada por el DeNB y el RNi, y la frontera entre sectores más cercana al RNi. a) 2 RNs por sector b) 4 RNs por sector Figura 4.7: Configuraciones de despliegue de relays El trabajo se ha centrado en relays inband half-duplex “Tipo 1”, sobre la estructura de trama FDD. De la misma forma que en el capítulo anterior, el trabajo se centra en las transmisiones en el enlace DL. Las subtramas de acceso y backhaul se multiplexan en tiempo (TDM), y se alternan para cada relay, tal y como se representa en la Figura 4.8. RN2 RN1 RN3 RN4 RN5 RN0 Sector C d1 60º θ0 DeNB RN RN4 RN3 RN6 RN0 Sector C RN1 RN2RN5 RN7 RN8 d2 30º θ0 RN11 RN10 RN9 θ1 Capítulo 4 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Esquemas Estáticos de ICIC 90 Figura 4.8: Estructura de Trama Siguiendo las recomendaciones para el desarrollo de LTE, y tal y como se ha comentado en los capítulos anteriores, los recursos frecuenciales del sistema se dividen en RBs, los cuales representan la asignación mínima de recursos. Además, en este capítulo, con el objetivo de poder explicar de una forma más clara las diferentes estrategias de asignación de recursos, el ancho de banda del sistema se divide en 9 grupos de RBs (GrRB), tal y como se muestra en la Figura 4.9. Figura 4.9: Distribución de los recursos frecuenciales en grupos (GrRB) 4.3 Esquemas preliminares de ICIC y RA En este apartado se describen estrategias preliminares de asignación de recursos y control de interferencias para despliegues relays, basadas en estrategias encontradas en la literatura, que serán consideradas como punto de referencia para proponer estrategias de RRM, buscando incrementar el reúso frecuencial para conseguir un uso más eficiente del espectro, y buscando como objetivo final mejorar las prestaciones del sistema. 4.3.1 Esquemas PFx En primer lugar se van a considerar los esquemas PF7, PF4 y PF3, basados en [39, 40], y representados en la Figura 4.10. Sobre las estrategias de RRM propuestas en [39, 40] se han realizado pequeñas modificaciones, en relación a la cantidad de recursos asignados a los relays y a los mUEs. Además, también se proponen dos opciones para distribuir los recursos frecuenciales en las subtramas backhaul, las cuales no están consideradas en [39, 40]. En la estrategia PF7 (Figura 4.10(a)) el ancho de banda del sistema se divide en siete partes. Una de las partes se reserva para los enlaces directos del DeNB e incluye tres grupos de recursos (3 GrRBs). Las seis partes restantes se reservan para los enlaces de acceso, asignando una parte (1 GrRB) a cada relay. Por lo tanto, en la estrategia PF7 un RB no puede ser reutilizado en el DeNB y sus RNs Subtrama Acceso Subtrama Backhaul Subtrama Acceso Subtrama Backhaul Subtrama 9 …... Subtrama 0Subtrama 1Subtrama 2Subtrama 3 Trama [10ms] Frecuencia A3 B3 C3A2 B2 C2 A1 B1 C1 4.3 Esquemas preliminares de ICIC y RA 91 asociados, con lo que no existe interferencia entre ellos. Con el objetivo de incrementar la eficiencia espectral, en la estrategia PF4 (Figura 4.10(b)) el ancho de banda se divide en cuatro partes. Una de ellas (6 GrRBs) se reserva para los enlaces directos del DeNB, mientras que las tres partes restantes se reutilizan en los enlaces de acceso de los RNs. Cada una de estas tres partes incluye 1 GrRB y es reutilizada por dos RNs. De cara a asignar estos tres grupos de recursos, el objetivo que se persigue es separar lo máximo posible los RNs que emplean el mismo conjunto de recursos, para minimizar la interferencia generada entre ambos. La estrategia PF4 permite incrementar la cantidad de recursos que son reservados para los enlaces directos del DeNB respecto a la estrategia PF7, pero a costa de incrementar la interferencia co-layer entre RNs, especialmente entre RNs pertenecientes a DeNBs adyacentes. El siguiente paso, de cara a seguir incrementando la eficiencia espectral del sistema, es la estrategia PF3 (Figura 4.10(c)), en la que el ancho de banda se divide en tres partes. La parte que se reserva para los enlaces directos del DeNB incluye 7 GrRBs, mientras que cada una de las dos partes restantes incluye 1 GrRB. Con la estrategia PF3 se añaden recursos adicionales a los enlaces directos, pero esto implica que tres RNs pertenecientes al mismo DeNB tienen que reutilizar los mismos recursos frecuenciales. Además, la interferencia co-layer entre RNs pertenecientes a DeNBs adyacentes se incrementa considerablemente. a) PF7. Subtrama de Acceso b) PF4. Subtrama de Acceso c) PF3. Subtrama de Acceso d) Back_op1. Subtrama Backhaul e) Back_op2. Subtrama Backhaul Figura 4.10: Esquemas PFx de RA (2 RNs por sector) A1 B1 C1 =+ + Sector C A2 C2 B3 B2 C3 A3 A2 A2 C2 C2 B2 B2 A3 C3 A3 B3 B3 C3 A1 B1 C1= + + + + +A2 B2 C2 A3 C3 B3 B3 C3 A3 A3 A3 C3 C3 B3 B3 A3 C3 A3 B3 B3 C3 A1 B1 C1 = + + + + +A2 B2 C2 B3 C3 A3 A3 C3 C3 A3 C3 C3 A3 A3 C3 C3 A3 C3 A3 A3 A3 C3 C2 C3 A3 B2 A2 B3 A1 B1 C1 =+ + C3 C3 A3 B3 A3 B3 A1 B1 C1= + + + + + A2 B2 C2 Capítulo 4 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Esquemas Estáticos de ICIC 98 Se considera un ancho de banda de 5 MHz para todo el sistema, por lo que se dispone de 27 RBs. Por lo tanto, cada uno de los 9 GrRBs definidos en la Figura 4.9 contiene 3 RBs. Dentro de un mismo RB se asigna la misma potencia de transmisión y el mismo MCS a todas sus subportadoras. Se aplica el mismo modelado de nivel físico y de enlace descrito en el subapartado 3.4.1, modelando de forma explícita la interferencia. Se consideran los mismos MCSs, por lo que en la Tabla 3.1 pueden verse los valores de SINR requeridos, así como la tasa de datos útiles por RB para cada MCS. También se considera el mismo modelado del canal radio detallado en el subapartado 3.4.2, y en la Tabla 4.1 se recogen los valores relacionados con este modelado. El mecanismo de CQI aplicado en este capítulo es el mismo que el considerado en el capítulo anterior (subapartado 3.4.3), pero teniendo en cuenta las particularidades de los despliegues de relays. En este caso, tanto cada UE, como cada RN, reportan al nodo que les da servicio información acerca del estado del canal empleando mensajes CQI. Además, en los despliegues de relays se definen dos tipos de subtramas, y las condiciones de interferencia observadas por los UEs en cada uno de los tipos de subtramas son diferentes. Por lo tanto, los usuarios calculan diferentes CQIs para cada tipo de subtrama. Desde el punto de vista de los RNs, solo es necesario calcular un CQI para el tipo de subtrama en el que el RN recibe su enlace backhaul. De esta forma, los UEs y RNs generan un nuevo CQI para el tipo de subtrama correspondiente cada ∆TCQI ms, promediando la CINR observada para cada RB durante los últimos WCQI ms. Cada vez que se obtiene un nuevo CQI transcurren ∆CQI ms hasta que este CQI está disponible en el scheduler del nodo que da servicio al UE o al RN para el tipo de subtrama correspondiente. Por lo tanto, se modelan explícitamente tanto los errores en la estimación del canal, como los errores en la estimación de la interferencia. Los parámetros del esquema de CQI se recogen en la Tabla 4.2. Parámetro Valor Tiempo entre CQIs (∆TCQI) 2 ms Ventana de promediado de CQI (WCQI) 4 ms Retardo de CQIs (∆CQI) 4 ms Tabla 4.2: Esquema de CQI Respecto al modelado de conexiones, se aplica el mismo modelo que en el capítulo anterior (subapartado 3.4.4), del tal forma que se asume que cada usuario dispone de una única conexión para la transmisión de datos entre el DeNB o el RN y el UE en el enlace descendente. Como el objetivo es poder evaluar el throughput global del sistema proporcionado por los diferentes esquemas de ICIC que se proponen en este capítulo, en este caso se emplea el 4.3 Esquemas preliminares de ICIC y RA 99 modelo de tráfico full-buffer. En el modelo full-buffer se considera que todos los usuarios del sistema siempre tienen datos pendientes de ser transmitidos en los buffers de su conexión. Para definir los valores de la máscara de potencia empleada en los diferentes algoritmos de ICIC para los dos tipos de nodo es necesario tener en cuenta el número de RBs asignables por cada nodo. Respecto a los DeNBs hay que tener también en cuenta que hay esquemas de ICIC en los que se considera una subbanda exterior de recursos, y, por lo tanto, dos niveles de potencia de transmisión. Mientras que por otro lado hay esquemas de ICIC en los que no se considera una subbanda exterior de recursos de forma explícita. En los esquemas de ICIC en los que se considera una subbanda exterior de recursos, la potencia de transmisión por RB en la subbanda exterior (Mmed,c ext ) se define como un incremento ∆ext de 3 dB, respecto a la potencia de transmisión por RB en la subbanda interior (Mmed,c int ), tal y como se expresa en la ecuación (4.1). Teniendo en cuenta la ecuación (4.1), los dos niveles de la máscara de potencia, Mmed,c int y Mmed,c ext , se obtienen para cada celda c mediante la ecuación (4.2), donde Ntotal,int,c es el número total de RBs de la subbanda interior de la celda c, Ntotal,ext,c es el número total de RBs de la subbanda exterior de la celda c y PT,max c es la potencia máxima de transmisión de la celda c. [ ] ext int med ,c med ,c ext dBm dBm M M dB RB RB   = +∆     (4.1) [ ] 10 10 10 10 int ext med ,c med ,c dBm dBm MM RB RB c total,int,c total,ext,c T ,max N N P mW       ⋅ +⋅ = (4.2) En los esquemas de ICIC en los que no se considera una subbanda exterior de recursos de forma explícita en los DeNBs, y para el caso de los RNs, la potencia máxima de transmisión del nodo (PT,max n ) se distribuye de forma equitativa entre todos los RBs asignables. Por lo tanto, el único nivel de la máscara de potencia (Mmed,n) se obtiene tal y como se expresa en la ecuación (4.3), donde Ntotal,n es el número total de RBs que son asignables por el nodo n, ya sea un DeNB o un RN. Como el objetivo es poder evaluar el throughput global del sistema proporcionado por los diferentes esquemas de ICIC, en este capítulo se considera una asignación fija de potencia tanto en los DeNBs, como en los RNs. Por lo tanto, cuando un RB es asignado a un UE o a un RN, el DeNB o RN que da servicio asignará la potencia definida por la máscara de potencia para ese RB en concreto (Mmed). Capítulo 4 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Esquemas Estáticos de ICIC 100 [] 10 10 med ,n dBm MRB n total,n T ,max N P mW    ⋅= (4.3) En la Tabla 4.3 se recogen los valores de las máscaras de potencia expresadas en dBm/RB para los esquemas de ICIC preliminares que se van a evaluar en este subapartado. Aplicando el mismo planteamiento que en el capítulo anterior, y al margen de la especificación LTE, cuando el número de RBs preasignados a los RNs es menor que el número de RBs disponibles en el sistema, se ha presupuestado un nivel de potencia en las señales de referencia incrementado respecto a la EPRE, y asimismo un nivel de transmisión por RB más alto, asumiendo que la potencia total (PT,max n ) se va a repartir equitativamente entre solo un subconjunto de los REs del ancho de banda total del sistema. Por otro lado, cuando el número de RBs planificados para los DeNBs excede el número de RBs disponibles en el sistema debido a la consideración de esquemas de reúso frecuencial, se ha presupuestado un nivel de potencia en las señales de referencia reducido respecto a la EPRE, y asimismo un nivel de transmisión por RB más bajo, asumiendo que la potencia total se va a repartir equitativamente entre un mayor conjunto de REs efectivos. En los esquemas de ICIC en los que se considera una subbanda exterior de recursos, se incrementa el nivel de potencia en las señales de referencia. Hay que tener en cuenta, que respecto al número total de RBs planificados para los DeNBs en ambas subbandas (Ntotal,int,c y Ntotal,ext,c) la Tabla 4.3 incluye ambos tipos de subtramas (acceso y backhaul), de tal forma que el nivel de potencia en las señales de referencia y la máscara de potencia se calculan para el tipo de subtrama más restrictivo. Finalmente, merece la pena resaltar, que debido a que el número de RBs asignados a los RNs es bajo, la máscara de potencia de los RNs es mayor que la de los DeNBs. No obstante, se consideran antenas directivas en los DeNBs con una ganancia de antena muy superior a la de la antena omnidireccional considerada en los RNs (Tabla 4.1). Esquema Ntotal,int,c Ntotal,ext,c Ntotal,r Mmed,c int Mmed,c ext Mmed,r PF7-Back_op1 9 / 27 0 / 0 3 28.69 0 32.23 PF7-Back_op2 9 / 36 0 / 0 3 27.44 0 32.23 PF4-Back_op1 18 / 27 0 / 0 3 28.69 0 32.23 PF4-Back_op2 18 / 36 0 / 0 3 27.44 0 32.23 PF3-Back_op1 21 / 27 0 / 0 3 28.69 0 32.23 PF3-Back_op2 21 / 36 0 / 0 3 27.44 0 32.23 SFR_bm_op1-Back_op2 18 / 36 0 / 0 3 27.44 0 32.23 SFR_bm_op2-Back_op2 18 / 36 9 / 0 3 27.44 30.44 32.23 Tabla 4.3: Máscaras de potencia DeNBs y RNs para los esquemas de ICIC preliminares [dBm/RB] 4.3 Esquemas preliminares de ICIC y RA 101 Las entidades asociadas con la gestión de recursos radio, incluyendo la asignación de potencia, la asignación de recursos en tiempo y frecuencia y la selección adaptativa del MCS, están localizadas en los DeNBs y los RNs. Las decisiones de scheduling se toman de forma independiente en cada nodo cada TTI, asumiéndose un periodo de scheduling de 1 ms. Como se ha comentado en los capítulos anteriores, en esta tesis la asignación de recursos se trata como un problema multidimensional. Los esquemas de ICIC presentados determinan qué recursos frecuenciales pueden ser asignados en cada nodo, sector y tipo de enlace. Posteriormente es el scheduler el que asigna los recursos frecuenciales a cada UE o RN, aplicándose sus dos componentes de forma secuencial. Como en este capítulo se emplea un modelo de tráfico full-buffer se ha decidido aplicar el algoritmo PF (Proportional Fair) [48] como política de scheduling temporal. En la ecuación (4.4) se expresa la política de scheduling temporal, donde T �alc ,u (t) es el promedio de la tasa de datos que el usuario u puede alcanzar en esta subtrama t, y T �serv ,u (t−1) es el promedio de la tasa de datos servida al usuario u en las últimas subtramas. T �alc ,u (t) se estima teniendo en cuenta la tasa de transmisión del esquema MCS que se seleccionaría en función de las condiciones de canal del UE, y considerando los RBs que le pueden ser asignados este TTI. T �serv ,u se calcula de forma recursiva empleando la ecuación (4.5), considerando un intervalo de filtrado de la estimación de longitud tf TTIs. Tserv u (t) es la tasa de datos servida finalmente al UE u en la subtrama t. El algoritmo PF proporciona un buen compromiso entre el throughput global del sistema y un reparto equitativo entre todos los usuarios cuando se emplean servicios best effort, como el modelo de tráfico full-buffer. Posteriormente, el scheduler frecuencial asignará recursos prioritariamente a aquellos usuarios con mayor índice de prioridad. ( ) ( ) 1 u alc u userv Tt u argmax Tt ∗  = −  (4.4) ( ) ( ) ( ) 11 11 uuu serv serv serv ff Tt Tt Tt tt    =− ⋅ −+ ⋅          (4.5) Respecto al scheduling frecuencial de los DeNBs, en primer lugar, se intentará asignar a los UEs en RBs pertenecientes a la subbanda interior preasignada al sector que les da servicio. Como en este capítulo se emplea un modelo de tráfico full-buffer, de forma general los DeNBs asignarán completamente sus RBs disponibles, por lo que al contrario que en el capítulo anterior, no se considera la asignación ordenada de los RBs de la subbanda interior planificada a cada sector del esquema FFRopa, y el scheduler Capítulo 4 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Esquemas Estáticos de ICIC 102 frecuencial asignará a cada UE el RB en el que observa mejores condiciones de canal. Si toda la subbanda interior preasignada al sector que da servicio al UE ya ha sido asignada, el scheduler intenta asignar al UE en los RBs de la subbanda interior preasignada al sector con menor ocupación, escogiendo también el RB que ofrece al UE las mejores condiciones de canal. Si la asignación del UE no es posible en la subbanda interior, se inicia el proceso de renegociación, que permite reubicar a otros UEs ya asignados en otros RBs, con el objetivo de liberar RBs que puedan ser asignados al UE que se está considerando. Si finalmente la asignación del UE no es posible en la subbanda interior, y el esquema de ICIC considera una subbanda exterior de recursos, el scheduler frecuencial intenta asignar al UE en los RBs pertenecientes a la subbanda exterior preasignada al sector que le da servicio, seleccionando el RB en el que el UE observa mejores condiciones de canal. Si toda la subbanda exterior preasignada al sector que da servicio al UE ya ha sido asignada, y el esquema de ICIC no considera una sectorización estricta en la subbanda exterior, el scheduler intenta asignar al UE en los RBs de la subbanda exterior preasignada al sector con menor ocupación, escogiendo también el RB que ofrece al UE las mejores condiciones de canal. Si la asignación del UE no es posible en la subbanda exterior, también se inicia un proceso de renegociación. En el caso de los RNs, el procedimiento seguido por el scheduler frecuencial es similar al de los DeNBs, pero teniendo en cuenta que no se definen subbandas dentro de sus recursos disponibles. Como se ha comentado antes, en este capítulo se considera una asignación fija de potencia, tanto en los DeNBs, como en los RNs, por lo que el scheduler frecuencial asignará la potencia definida por la máscara de potencia para cada RB en concreto (Mmed). Como se emplea el modelo de tráfico full-buffer, con el objetivo de evitar la monopolización de recursos por parte de los usuarios que observan buenas condiciones de canal, solo se permite asignar un RB a cada usuario en cada subtrama. El scheduler frecuencial seleccionará el MCS más alto posible, siempre que se satisfagan los requisitos de SINR (SINRreq m). En cada DeNB se distribuyen 180 UEs de forma homogénea, de tal forma que la cantidad de usuarios en cada zona de la celda es la misma (60 UEs en cada una de las tres zonas). Los usuarios se desplazan a una velocidad de 3km/h siguiendo el mismo patrón de movimiento que el aplicado en el capítulo anterior (subapartado 3.4.8). Asimismo, el movimiento de los UEs está restringido para que siempre se mantengan dentro de los límites de su respectivo sector para evitar handovers entre sectores y entre DeNBs vecinos. El criterio de selección de nodo está basado en la RSRP, por lo que un UE se conectará a un RN si la RSRP del RN es mayor que la RSRP del DeNB, tal y como se expresa en la ecuación (4.6). Hay que tener en cuenta que como el movimiento de los UEs 4.3 Esquemas preliminares de ICIC y RA 103 está restringido para mantenerse siempre dentro de los límites de su respectivo sector del DeNB, un UE podrá estar conectado a su sector del DeNB o a alguno de los RNs desplegados en su sector. ( ) ( ) RN DeNB dB dB RSRP RSRP> (4.6) Teniendo en cuenta que la distribución de usuarios sobre la celda es homogénea, y que el modelo de tráfico empleado es full-buffer, la demanda de tráfico será uniforme. Por ello, en los esquemas de RA que se presentan en este capítulo se planifica la misma cantidad de recursos frecuenciales a todos los sectores de los DeNBs y a todos los RNs del sistema. De acuerdo a las especificaciones del 3GPP para el desarrollo de LTE [32] se considera que se ha llevado a cabo una planificación de las ubicaciones de los RNs, encontrando una ubicación óptima para cada RN que ofrece una optimización de las condiciones de canal observadas por el RN en el enlace con su DeNB. Esta optimización se traduce en las simulaciones añadiendo un bonus de 5 dB a las pérdidas de propagación del link entre el RN y su DeNB (DeNB→RN). 4.3.3.2 Esquemas PFx En la Tabla 4.4 se muestra el throughput promedio por celda (Mbps) para los esquemas PFx, empleando los esquemas Back_op1 y Back_op2 para las subtramas backhaul (Figura 4.10). Los resultados se han obtenido para la configuración de 2 RNs por sector, siendo d=2/3 · R y θ0=30º. Se muestra el throughput promedio global por celda, desglosando también el throughput obtenido por los diferentes enlaces (directo, acceso y backhaul) en los dos tipos de subtrama: subtrama de acceso y subtrama backhaul. Hay que tener en cuenta que el throughput global (Thravg,global) solo incluye el throughput recibido por los usuarios finales, y se obtiene como se muestra en la ecuación (4.7). Thravg,mUEs acceso y Thravg,mUEs b ac khaul es el throughput promedio por celda obtenido por los mUEs en las subtramas de acceso y backhaul respectivamente, Thravg,rUEs acceso es el throughput promedio por celda obtenido por los rUEs en las subtramas de acceso y Thravg, RN s b ac khaul es el throughput promedio por celda recibido por los RNs en las subtramas backhaul (capacidad promedio de los enlaces backhaul). En la Tabla 4.4 también se incluye para cada esquema el número de RBs planificados para los enlaces de acceso (indicado con la letra A) y el enlace backhaul (indicado con la letra B) de cada RN. En este caso, para todos los esquemas de ICIC que se muestran en la Tabla 4.4 se ha planificado 1 GrRB (3 RBs) para los enlaces de acceso de cada RN, y 1 GrRB para el enlace backhaul de cada RN, tal y como se representa en la Figura 4.10. ( ) acceso backhaul acceso backhaul avg,global avg,mUEs avg,mUEs avg,rUEs avg,RNs Thr Thr Thr min Thr ,Thr=++ (4.7) Capítulo 4 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Esquemas Estáticos de ICIC 104 A modo de referencia, y para evaluar la ganancia de prestaciones obtenida por el despliegue de relays, en la Tabla 4.4 se incluyen los resultados obtenidos por una red macrocelular sin despliegue de relays. El esquema de ICIC considerado en este caso es un esquema FFR con sectorización estricta en la subbanda exterior, y sin considerar una ordenación en la asignación de recursos. Además, también se representa el porcentaje de ganancia que proporcionan los diferentes esquemas de ICIC para despliegues de relays respecto al throughput alcanzado por el despliegue macrocelular convencional. Esquema RBs A/B Subtrama Acceso Subtrama Backhaul Global [Mbps] mUEs rUEs mUEs Backhaul Macroceldas - - - - - 10.65 PF7 - Back_op1 3 / 3 1.93 4.09 1.93 4.32 7.95 (-25.4%) PF7 - Back_op2 3 / 3 1.88 4.06 3.97 4.26 9.91 (-6.9%) PF4 - Back_op1 3 / 3 3.94 3.63 1.88 4.32 9.45 (-11.3%) PF4 - Back_op2 3 / 3 3.90 3.60 3.90 4.26 11.40 (7.0%) PF3 - Back_op1 3 / 3 4.61 3.10 1.85 4.32 9.56 (-10.2%) PF3 - Back_op2 3 / 3 4.58 3.04 3.88 4.26 11.50 (8.0%) Tabla 4.4: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas PFx (2 RNs por sector, d = 2/3·R y θ0 = 30º) Si se comparan los dos esquemas empleados en las subtramas backhaul, el esquema Back_op2 proporciona un gran incremento en el throughput recibido por los mUEs, gracias a la mayor disponibilidad de recursos para los enlaces directos. A pesar de que en el esquema Back_op2 se incorpora el reúso frecuencial dentro del mismo DeNB, como los dos RNs que reúsan el mismo GrRB para sus enlaces backhaul son los localizados en los extremos opuestos de la celda, se minimiza la interferencia y se consigue que la degradación en las prestaciones de los enlaces backhaul sea mínima. Por lo tanto, el incremento del reúso frecuencial considerado en el esquema Back_op2 permite mejorar las prestaciones del sistema, gracias a planificar los recursos que son reutilizados para los enlaces backhaul de RNs opuestos. Respecto a los esquemas para las subtramas de acceso, el esquema PF7 es el que proporciona el mayor throughput en los enlaces de acceso, gracias a que la interferencia co-layer que reciben los rUEs es bastante más débil que en los esquemas PF4 y PF3. Sin embargo, esta ganancia en los enlaces de acceso se consigue a costa de haber reducido los recursos disponibles para los enlaces directos, reduciendo notablemente el throughput logrado por los mUEs. De hecho, en términos del throughput global a nivel de celda el esquema PF7 es el que proporciona las peores prestaciones, no consiguiendo mejorar el throughput global obtenido por la red macrocelular convencional, debido al elevado 4.3 Esquemas preliminares de ICIC y RA 105 overhead de los enlaces backhaul. No obstante, el esquema PF7 puede ser una estrategia adecuada para lograr que los usuarios de los bordes de las celdas observen mejores condiciones de SINR. En la Figura 4.13(a) se representa la CDF de la SINR observada por los UEs cuando se aplica el esquema PF7 en las subtramas de acceso y el esquema Back_op2 en las subtramas backhaul, frente al escenario de la red macrocelular convencional. Cuando se aplica el esquema PF7 se mejora notablemente la SINR observada por los usuarios de las zonas 1 y 2, gracias a que bastantes usuarios de ambas zonas se conectan a los RNs, y se ven beneficiados de las buenas condiciones de canal que ofrece el esquema PF7 para los enlaces de acceso. Por el contrario, la SINR recibida por los usuarios de la zona 0 se ve ligeramente degradada cuando se emplea el esquema PF7. Esto se debe principalmente a que un número reducido de usuarios de la zona 0 se conectan a los RNs porque reciben un mayor nivel de RSRP, pero observan niveles de SINR ligeramente inferiores a los observados por los usuarios de la zona 0 que permanecen conectados al DeNB. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 10 20 30 40 50 60 70 80 Macro(z0) Macro(z1) Macro(z2) PF7-B_op2(z0) PF7-B_op2(z1) PF7-B_op2(z2) SINR [dB] CDF zona 2 zona 1 zona 0 a) Red macrocelular convencional vs. PF7– Back_op1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 10 20 30 40 50 60 70 80 Macro(z0) Macro(z1) Macro(z2) PF4-B_op2(z0) PF4-B_op2(z1) PF4-B_op2(z2) PF3-B_op2(z0) PF3-B_op2(z1) PF3-B_op2(z2) SINR [dB] CDF zona 0 zona 1 zona 2 b) Red macrocelular convencional vs. PF4– Back_op2 vs. PF3–Back_op2 Figura 4.13: CDF de la SINR observada por los UEs en cada zona (esquemas PFx) Los resultados muestran que el esquema PF7 no es capaz de compensar el overhead introducido por los enlaces backhaul, por lo que es necesario considerar un mayor reúso frecuencial para materializar las ganancias potenciales ofrecidas por los despliegues de relays. En el esquema PF4 el ancho de banda se divide en cuatro partes, y cada una de las tres partes asignadas a los enlaces de acceso es reutilizada por dos RNs. De esta forma se incrementa el reúso frecuencial, permitiendo aumentar la cantidad de recursos disponibles para los enlaces directos. Gracias a ello, y tal y como se observa en la Tabla 4.4, el esquema PF4 permite incrementar notablemente el throughput alcanzado por los mUEs, a costa de empeorar el throughput logrado por los rUEs, debido al incremento de la interferencia co-layer sobre los enlaces de acceso. La ganancia Capítulo 4 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Esquemas Estáticos de ICIC 106 obtenida en el throughput de los mUEs es superior a la degradación del throughput de los rUEs, por lo tanto, el esquema PF4 permite incrementar el throughput global del sistema. En el esquema PF3 el reúso frecuencial es más agresivo, incrementando todavía más la disponibilidad de recursos para los enlaces directos, y obteniendo una mejora en el throughput de los mUEs. Como contrapartida, el incremento del reúso frecuencial aumenta la interferencia colayer observada por los enlaces de acceso, empeorando el throughput logrado por los rUEs. En este caso, la ganancia obtenida en el throughput de los mUEs es menor ya que solo se está añadiendo 1 GrRB adicional a los enlaces directos, y esta ganancia es similar a la pérdida de prestaciones sufrida por los rUEs debida al incremento de la interferencia co-layer. Por ello, los esquemas PF4 y PF3 proporcionan un throughput global a nivel de celda similar. En la Figura 4.13(b) se representa la CDF de la SINR observada por los UEs cuando se aplican los esquemas PF4-Back_op2 y PF3-Back_op2, frente al escenario de la red macrocelular convencional. El esquema PF4 permite mejorar la SINR observada por los UEs de las zonas 1 y 2 cuando se compara con el escenario macrocelular convencional, gracias a que muchos usuarios de estas dos zonas se benefician de las mejores condiciones de canal que ofrecen los enlaces de acceso. Respecto al esquema PF3, mejora la SINR observada por los usuarios de la zona 1 comparado con el escenario macrocelular convencional, ya que los rUEs de esta zona se encuentran bastante cerca de los RNs, mientras que se empeoran las prestaciones de los usuarios de la zona 2, ya que los rUEs de esta zona reciben fuertes niveles de interferencia de los RNs vecinos pertenecientes a los DeNBs adyacentes. Por ello es necesario controlar cuidadosamente la interferencia del sistema, ya que de lo contrario un mayor reúso frecuencial no proporciona un incremento en las prestaciones. En ambos esquemas, PF4 y PF3, la SINR observada por los UEs de la zona 0 es ligeramente inferior que en el escenario macrocelular convencional, debido principalmente a que, igual que en el esquema PF7, un número reducido de usuarios de la zona 0 se conectan a los RNs, pero observan niveles de SINR ligeramente inferiores a los observados por los usuarios de la zona 0 que permanecen conectados al DeNB. Aunque la ganancia proporcionada por los esquemas PFx en términos de throughput global no es muy significativa (7% con el esquema PF4-Back_op2 y 8% con el esquema PF3-Back_op2), los esquemas PF7 y PF4 son capaces de mejorar las prestaciones de los usuarios ubicados en los bordes de las celdas. Los resultados de los esquemas PFx muestran que es necesario considerar un mayor reúso frecuencial, pero planificando cuidadosamente el reparto de recursos entre los diferentes nodos y enlaces, para así poder proporcionar niveles adecuados de interferencia, y poder sacar provecho de las ventajas potenciales de los despliegues de relays. 4.3 Esquemas preliminares de ICIC y RA 107 4.3.3.3 Esquemas basados en SFR inspirados en propuestas de la literatura: SFR_bm_op1 y SFR_bm_op2 En la Tabla 4.5 se muestran los resultados obtenidos para los esquemas basados en SFR e inspirados en propuestas de la literatura: SFR_bm_op1 y SFR_bm_op2. Los resultados se han obtenido para la configuración de 2 RNs por sector, siendo d=2/3 · R y θ0=30º. Respecto a las subtramas backhaul se ha empleado el esquema Back_op2 en ambos casos, ya que sus prestaciones son superiores a las ofrecidas por el esquema Back_op1. Si se comparan los resultados obtenidos con el esquema SFR_bm_op1-Back_op2 con los obtenidos para el esquema PF4-Back_op2, puede observarse que el throughput alcanzado por los rUEs es ligeramente inferior cuando se emplea el esquema SFR_bm_op1. En el esquema PF4 los enlaces de acceso solo reciben interferencia de los RNs vecinos, ya que los DeNBs utilizan recursos frecuenciales distintos para asignar a sus enlaces directos, y por lo tanto no existe interferencia cross-layer. En el esquema SFR_bm_op1 la interferencia colayer que sufren los enlaces de acceso es más leve, ya que se planifican diferentes RBs para los RNs vecinos de los DeNBs adyacentes. Sin embargo, los enlaces de acceso reciben interferencia cross-layer de los DeNBs adyacentes. Por ejemplo, el grupo C3 asignado a los enlaces de acceso del RN0 de la celda 1 recibirá potencialmente interferencia del sector C de la celda 2 y del sector B de la celda 3 (Figura 4.11(a)). Por lo tanto, debido a que la potencia de transmisión de los DeNBs es más elevada que la de los RNs, los niveles de interferencia que reciben los rUEs para el esquema SFR_bm_op1 son más severos que para el esquema PF4, degradando sus prestaciones. Esquema RBs A/B Subtrama Acceso Subtrama Backhaul Global [Mbps] mUEs rUEs mUEs Backhaul SFR_bm_op1 - Back_op2 3 / 3 4.16 3.49 3.81 4.26 11.46 (7.6%) SFR_bm_op2 - Back_op2 3 / 3 6.16 3.66 3.49 4.26 13.31 (25.0%) Tabla 4.5: Throughput promedio por celda [Mbps] de los esquemas SFR_bm_op1 y SFR_bm_op2 (2 RNs por sector, d = 2/3·R y θ0 = 30º) Respecto a los enlaces directos, los resultados del esquema SFR_bm_op1 son ligeramente mejores que los obtenidos para el esquema PF4, pero su interpretación requiere un análisis más detallado. En primer lugar, los niveles de interferencia que reciben los mUEs en las subtramas de acceso para el esquema SFR_bm_op1 son superiores a los niveles de interferencia proporcionados por el esquema PF4 en las subtramas de acceso, y también son superiores a los niveles de interferencia proporcionados por el esquema Back_op2 en las subtramas backhaul. Esto es debido a que en el esquema SFR_bm_op1 se definen tres patrones de celda diferentes, de tal manera que los recursos planificados para los Capítulo 4 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Esquemas Estáticos de ICIC 114 planificado para el sector adyacente, y otro GrRB planificado para el sector opuesto, asignando diferentes GrRBs a los relays adyacentes siempre que sea posible, con el objetivo de minimizar la interferencia co-layer generada. Además, otro objetivo de esta elección de recursos frecuenciales es lograr que las prestaciones de todos los relays de la celda sean similares, proporcionado RBs con condiciones de interferencia similares a todos los relays. Hay que tener en cuenta que, en condiciones de carga heterogéneas, la interferencia que reciben los rUEs de los enlaces directos de su propio sector del DeNB (empleando los RBs potencialmente planificados para los sectores adyacentes) es más fuerte, que la interferencia recibida de los relays vecinos, debido a que la potencia de transmisión de los DeNBs es mayor. Respecto a la interferencia recibida por los rUEs proveniente de DeNBs adyacentes, como los enlaces de acceso de los RNs utilizan los RBs planificados para los otros sectores de su DeNB, estos recursos reciben interferencia de los sectores interferentes dominantes de los DeNBs adyacentes. Es decir, si se toma como referencia el RN0 de la celda 1, la ICI dominante de los DeNBs adyacentes proviene principalmente del sector C de la celda 2, que emplea prioritariamente el grupo C1, y del sector B de la celda 3, que emplea prioritariamente el grupo B1. En condiciones de baja carga, si cada RN solo necesita un único GrRB, la mejor elección es asignar los RBs que serán empleados prioritariamente por el sector opuesto, ya que la interferencia será más débil (en la Figura 4.16 se representa qué GrRB se escoge en primer lugar). Además, en esta situación, los relays vecinos pertenecientes a las celdas adyacentes utilizarían diferentes grupos de recursos, reduciendo la interferencia co-layer, como en los esquemas SFR_bm_op1 y SFR_bm_op2. Sin embargo, puede ser interesante considerar un mayor reúso frecuencial entre RNs vecinos, ya que el incremento en la interferencia co-layer podría compensarse con la mayor disponibilidad de recursos frecuenciales en los RNs. Por ello en el esquema FFR_2GrRBs se han asignado dos GrRBs a los enlaces de acceso de cada RN, asignando en la medida de lo posible diferentes GrRBs a los RNs vecinos. Los RNs asignan la misma potencia de transmisión a todos sus RBs disponibles. En el esquema FFR_2GrRBs se ha incrementado la cantidad de RBs que los relays tienen disponibles para sus enlaces de acceso. Por lo tanto, es necesario incrementar la capacidad de los enlaces backhaul, para poder garantizar que el throughput alcanzado sea al menos igual que el throughput agregado de sus enlaces de acceso. En la Figura 4.17 se muestra el esquema Back_op3, que hace referencia a las subtramas backhaul, en el que se ha considerado un único patrón de celda, como solución adecuada para el esquema FFR_2GrRBs (Figura 4.16). 4.4 Esquemas propuestos de ICIC y RA 115 Figura 4.17: RA del esquema Back_op3 para DeNBs en subtramas backhaul (2 RNs por sector) El concepto principal de la estrategia Back_op3 (Figura 4.17) es que cada GrRB asignado a los enlaces backhaul, se puede reutilizar un máximo de dos veces en el mismo DeNB. De la misma forma que en la estrategia Back_op2, tres grupos de recursos se utilizan dos veces por enlaces backhaul opuestos (grupos A3, B3 y C3). Después, para completar la asignación de los enlaces backhaul, y con el objetivo de minimizar la interferencia intra-celular, se escogen los GrRBs que potencialmente serán asignados a los mUEs del sector opuesto. Si por ejemplo nos centramos en el RN3 y el RN4, estos relays utilizan los grupos A2 y A1 respectivamente, que son los GrRBs que asignará prioritariamente su sector opuesto (sector A) a sus mUEs. Los RNs emplean una antena directiva para comunicarse con su DeNB, así que la interferencia recibida de las celdas vecinas se ve fuertemente reducida. Además, hay que tener en cuenta que la asignación de recursos se ha planificado para conseguir que las condiciones de interferencia sufridas por todos los enlaces backhaul sean similares. Respecto a los enlaces directos, la incorporación de reúso frecuencial intracelular degradará las condiciones de interferencia observadas por los mUEs. A nivel del propio DeNB, el reúso de RBs entre sectores provoca la aparición de interferencia intra-celular, sin embargo, como cada RB asignado a los enlaces backhaul puede ser reutilizado un máximo de dos veces en el mismo DeNB, el scheduler tratará de asignar a los mUEs aquellos RBs en los que la interferencia intra-celular es más leve. Analizando también los DeNBs adyacentes, la interferencia inter-celular es también más severa. No obstante, la incorporación de reúso frecuencial intra-celular persigue compensar el overhead introducido por los enlaces backhaul y aumentar la disponibilidad de RBs para los enlaces directos, pudiendo compensar la degradación de las condiciones de interferencia de los mUEs. Debido al incremento en el reúso frecuencial de los DeNBs, y con el objetivo de garantizar buenas condiciones de interferencia para los enlaces backhaul, en el esquema Back_op3 el DeNB asigna la misma potencia de C3 C2 C3 A1 B3 B2 A3 B1 B3 C1 A2 A3 B3 C1 A2 A3 C3 C2 B3 C1 C3 C2 A3 B1 B3 B2 A3 B1 C3 A1 B3 B2 C3 A1 A2 A3 Recursos prioritarios para DeNBs A1 B1 C1 A2 B2 C2 + + += = = 0 12 3 4 5 C Capítulo 4 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Esquemas Estáticos de ICIC 116 transmisión a todos los RBs del sistema, por lo que no se considera una subbanda exterior de recursos para los enlaces directos. La asignación de recursos de los DeNBs en el esquema Back_op3, que es compartida entre enlaces directos y backhaul, sigue la ordenación representada en la Figura 4.16, pero incorporando esquemas de reúso frecuencial intra-celular para mejorar la eficiencia espectral. Por lo tanto, los mUEs son asignados preferiblemente en aquellos RBs que están planificados para el sector que les da servicio, aunque realmente, todos los RBs reservados para los enlaces directos son accesibles. Sin embargo, con el objetivo de garantizar unas condiciones de canal estables y apropiadas para los enlaces backhaul, un sector solo puede asignar en sus enlaces directos un RB planificado para otro sector cuando esta asignación no introduce interferencia intra-celular adicional. Es decir, siempre se garantiza que cuando un RB es asignado a un enlace backhaul, este RB solo puede ser reutilizado por el sector opuesto. Continuando con la filosofía aplicada en el esquema FFR_2GrRBs para las subtramas de acceso, en el esquema Back_op3 no se permite que un RB se asigne de forma simultánea en el mismo TTI en los enlaces directos de dos sectores pertenecientes a la misma celda. 4.4.2 Esquema basado en SFR, considerando el despliegue de 2 RNs por sector: SFR_2GrRBs Tal y como se ha visto en el esquema FFR_2GrRBs, si solo se considera un patrón de celda en la asignación de recursos, y los RNs utilizan los recursos planificados para los otros sectores de sus propios DeNBs, los sectores interferentes dominantes de las celdas adyacentes siempre interferirán esos recursos reutilizados por los RNs. Además, los relays no pueden utilizar los recursos frecuenciales reservados para la subbanda exterior, ya que los rUEs recibirían una interferencia excesiva en esos recursos, proveniente tanto de la propia celda, como de las adyacentes. Por lo tanto, si se modifican los recursos que se planifican para cada sector en las diferentes celdas, definiendo tres patrones de celda diferentes, se pueden asignar recursos frecuenciales a los relays, en los que la interferencia que se recibe de las celdas adyacentes es más débil. Siguiendo esta idea se propone el esquema SFR_2GrRBs, representado en la Figura 4.18. El inconveniente del esquema SFR_2GrRBs es que la ICI que sufren los mUEs es más elevada. Si por ejemplo se toma como referencia el sector A de la celda 1, los tres grupos de recursos (A1, A2 y A3) son interferidos por los sectores interferentes dominantes las celdas adyacentes, que son los sectores B y C de las celdas 2 y 3. Por el contrario, si se define un único patrón de celda, como en el caso del esquema FFR_2GrRBs, los sectores B y C de las celdas vecinas utilizaran potencialmente otros GrRBs diferentes. A pesar de que las condiciones de interferencia observadas por los mUEs serán peores en el 4.4 Esquemas propuestos de ICIC y RA 117 esquema SFR_2GrRBs, las posibilidades que ofrece para proporcionar recursos frecuenciales a los enlaces de acceso con mejores condiciones de interferencia hacen interesante la consideración de este esquema. Figura 4.18: RA del esquema SFR_2GrRBs para DeNBs y RNs en subtramas de acceso (2 RNs por sector) Si se consideran las dos opciones de ordenación en la asignación de recursos de los DeNBs mostradas en la Figura 4.12, la mejor elección para el esquema SFR_2GrRBs sería aplicar sectorización estricta en las subbandas exteriores (Figura 4.12(b)). El objetivo de esta elección sería permitir que los RNs reutilicen para sus enlaces de acceso RBs de la subbanda exterior de su propio DeNB. Ya que, si se aplica sectorización estricta en la subbanda exterior, se protege a los RNs de que su propio sector utilice los mimos RBs, ya que se transmite con una potencia mayor en la subbanda exterior. Sin embargo, en la Figura 4.18 se representa otra solución alternativa. Esta ordenación en la asignación de recursos de los DeNBs sigue el mismo planteamiento que el aplicado en los esquemas previos, con la diferencia de que se asigna la misma potencia de transmisión a todos los RBs del sistema. Por lo tanto, no se está considerando una subbanda exterior de recursos de forma explícita. Esta solución alternativa facilita futuras expansiones de los enlaces de acceso de los RNs, que se proponen en los siguientes esquemas de ICIC, definidos en los siguientes subapartados. Esta alternativa está alineada con la propuesta A2C3 B2C1 C2 B3 A2B1B2A3 C2A1 A3B1 B3A2 C3 A1 A3C2B3C1 C3B2 C1C2 A1A3 B1 B2 C1C3A1A2 B1B3 Celda 1 Celda 2 Celda 3 Patrón Celda 3 A3 B3 C3 A1 B1 C1 A2 B2 C2 + + + + + += = = Recursos prioritarios para DeNBs Patrón Celda 2 A3 B3 C3 A1 B1 C1 A2 B2 C2 + + + + + += = = Patrón Celda 1 A3 B3 C3 A1 B1 C1 A2 B2 C2 + + + + + += = = RN0 de la celda 1 C2B3 1er grupo 2º grupo 0 12 3 4 5 C Ordenación en la asignación de recursos para DeNBs Potencia f Potencia Potencia f f Sector A Sector B Sector C Patrón Celda 1 f Potencia f Potencia f Potencia Potencia f Potencia f Potencia f Sector A Sector B Sector C Patrón Celda 2 Sector A Sector B Sector C Patrón Celda 3 Capítulo 4 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Esquemas Estáticos de ICIC 118 desarrollada en el esquema SFR_bm_op1, pero asumiendo una mayor disponibilidad de recursos, tanto en los DeNBs como en los RNs. Por otro lado, continuando con la filosofía aplicada en los esquemas previos, no se permite que un RB se asigne de forma simultánea en el mismo TTI en los enlaces directos de dos sectores pertenecientes a la misma celda. El objetivo del esquema SFR_2GrRBs es escoger para cada RN, aquellos grupos de recursos que no están planificados para sus sectores interferentes dominantes de las celdas vecinas, al mismo tiempo que se evitan los grupos que serán empleados potencialmente por su propio sector. El objetivo es proporcionar a los enlaces de acceso de los RNs, recursos en los que la interferencia cross-layer recibida sea minimizada. Si se aplica este planteamiento, para cada relay solo se pueden escoger tres grupos de recursos. Además, estos grupos son los mismos para los tres RNs pertenecientes a las tres celdas adyacentes. Si por ejemplo se toman como referencia el RN0 de la celda 1, el RN4 de la celda 2 y el RN2 de la celda 3, este planteamiento conlleva que estos tres RNs tienen que compartir los grupos de recursos B3, C1 y C2. El reparto de recursos se realiza de tal forma que cada uno de estos tres GrRBs es reutilizado por dos de los tres RNs pertenecientes a las celdas adyacentes, con el objetivo de minimizar la interferencia co-layer. Además, esta elección de los GrRBs asignados a cada relay también permite reducir el reúso frecuencial entre relays vecinos de la propia celda. Esta filosofía de tratar de reducir el reúso frecuencial entre relays vecinos lo máximo posible también se ha aplicado en el esquema FFR_2GrRBs, y tiene como objetivo minimizar la interferencia colayer. De igual manera que en los esquemas previos, los RNs asignan la misma potencia de transmisión a todos sus RBs disponibles. En el esquema SFR_2GrRBs se han escogido para los enlaces de acceso de los RNs los grupos de recursos que no son potencialmente asignados por los principales sectores interferentes, con el objetivo de reducir la interferencia cross-layer recibida por los rUEs. Hay que tener en cuenta que en condiciones de carga heterogéneas los sectores pueden asignar recursos inicialmente planificados para otros sectores de su DeNB. Especial impacto tiene cuando el propio sector que da servicio a un RN asigna RBs planificados para otro sector, que también son asignados por el RN, ya que la interferencia recibida por los rUEs en esos RBs es bastante elevada, reduciendo notablemente sus prestaciones. Con el objetivo de proponer una estrategia para las subtramas backhaul adecuada al esquema propuesto para las subtramas de acceso basado en SFR (SFR_2GrRBs), en la estrategia Back_op4 (Figura 4.19(a)) se han definido tres patrones de celda diferentes. Se ha seguido la misma filosofía y las mismas restricciones que en el esquema Back_op3, de tal forma que cada GrRB 4.4 Esquemas propuestos de ICIC y RA 119 asignado a los enlaces backhaul, se puede reutilizar un máximo de dos veces en el mismo DeNB. En cada DeNB, tres grupos de recursos se utilizan dos veces por enlaces backhaul opuestos, siendo estos grupos el A3, B3, y C3 en el caso de la celda 1. Para completar la asignación de los enlaces backhaul se escogen los GrRBs que potencialmente serán asignados a los mUEs del sector opuesto al RN, para minimizar la interferencia intra-celular. Si se toman como referencia el RN3 y el RN4 de la celda 1, estos relays utilizan los grupos A1 y A2 respectivamente, que son los GrRBs que asignará prioritariamente su sector opuesto (sector A) a sus mUEs. Los RNs emplean una antena directiva para comunicarse con su DeNB, así que la interferencia recibida de las celdas vecinas se ve fuertemente reducida. Respecto a los enlaces directos, la situación es similar a la explicada en el esquema Back_op3, y la degradación de las condiciones de interferencia de los mUEs podría compensarse con el aumento en la disponibilidad de RBs para los enlaces directos. a) Esquema Back_op4 b) Esquema Back_op5 Figura 4.19: RA para DeNBs en subtramas backhaul: Back_op4 y Back_op5 (2 RNs por sector) Patrón Celda 3 A3 B3 C3 A1 B1 C1 + + += = = Patrón Celda 2 A3 B3 C3A2 B2 C2 + + += = = Patrón Celda 1 A1 B1 C1 A2 B2 C2 + + += = = Recursos prioritarios para DeNBs C3 C1 C3 A2 B3 B1 A3 B2 B3 C2 A1 A3 B1 A2 B1A3 A1 C2 C1 B3 A1 C3 B2 C1 C2 A3 C2 C1 B2 C3 A2 A1 B2 B1 B3 A2 Celda 1 Celda 2 Celda 3 0 12 3 4 5 C Patrón Celda 3 A3 B3 C3 A1 B1 C1 A2 B2 C2 + + + + + += = = Patrón Celda 2 A3 B3 C3 A1 B1 C1 A2 B2 C2 + + + + + += = = Patrón Celda 1 A3 B3 C3 A1 B1 C1 A2 B2 C2 + + + + + += = = Recursos prioritarios para DeNBs B2 B1 B2 B1 A2 A1 C2 C1 A2 A1 C1 C2 B3 C2 B3 C2 A3 B2 C3 A2 A3 B2 A2 C3 A1 C3 A1 C3 C1 B3 B1 A3 C1 B3 A3 B1 Celda 1 Celda 2 Celda 3 0 12 3 4 5 C Capítulo 4 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Esquemas Estáticos de ICIC 120 En el esquema Back_op4 la asignación de recursos de los DeNBs sigue la ordenación representada en la Figura 4.18, pero incorporando esquemas de reúso frecuencial intra-celular para mejorar la eficiencia espectral. Siguiendo el planteamiento aplicado en el esquema Back_op3, y con el objetivo de garantizar unas condiciones de canal estables y apropiadas para los enlaces backhaul, un sector solo puede asignar en sus enlaces directos un RB planificado para otro sector cuando esta asignación no introduce interferencia intra-celular adicional. Es decir, siempre se garantiza que cuando un RB es asignado a un enlace backhaul, este RB solo puede ser reutilizado por el sector opuesto. En el esquema Back_op5 (Figura 4.19(b)) se da un paso más y se aumenta el reúso frecuencial, permitiendo que algunos grupos de recursos sean asignados por los tres sectores de la celda. En cada celda, seis GrRBs se reutilizan tres veces, de tal forma que cada uno de estos grupos es asignado a enlaces backhaul opuestos en dos sectores, mientras que el sector restante lo asigna a sus mUEs. Si se toma como referencia la celda 1, los grupos A1, A2, B1, B2, C1 y C2 son asignados por los tres sectores de la celda. Por ejemplo, los grupos A1 y A2 son asignados a los enlaces backhaul del RN2 y del RN5, que son opuestos, y además son potencialmente asignados a los mUEs del sector A. Los tres GrRBs restantes se utilizan únicamente una vez en la celda, para poder proporcionar recursos con niveles de interferencia más bajos a los mUEs que observan malas condiciones de canal (en el caso de la celda 1, son los grupos A3, B3 y C3). Además, hay que tener en cuenta que estas estrategias de RA propuestas para las subtramas backhaul se han planificado para conseguir que las condiciones de interferencia sufridas por todos los enlaces backhaul sean similares. Si se compara con el esquema Back_op4, las condiciones de interferencia de los enlaces backhaul son peores ya que los GrRBs planificados para los enlaces backhaul pueden ser asignados por los tres sectores del DeNB de forma simultánea. Respecto a los enlaces directos, se han reservado tres GrRBs que solo serán asignados por un sector de la celda, ya que los seis GrRBs restantes pueden ser asignados por los tres sectores de la celda, sufriendo los mUEs fuertes niveles de interferencia en esos recursos. Será necesario comprobar si el agresivo reúso frecuencial del esquema Back_op5 permite compensar este incremento de los niveles de interferencia de los enlaces backhaul y directos, con la mayor disponibilidad de recursos para los enlaces directos. De la misma forma que en el esquema Back_op4, la asignación de recursos de los DeNBs sigue la ordenación representada en la Figura 4.18, de tal forma que los mUEs son asignados preferiblemente en aquellos RBs que están planificados para el sector que les da servicio, aunque realmente, todos los RBs reservados para los enlaces directos son accesibles. En el caso del esquema Back_op5, seis GrRBs son reutilizados tres veces, asignándose a dos enlaces 4.4 Esquemas propuestos de ICIC y RA 121 backhaul opuestos y a los enlaces directos del sector restante. Un sector podrá asignar a sus enlaces directos un RB perteneciente a estos seis grupos, y que este planificado para otro de los sectores, si ese RB no ha sido asignado a los enlaces backhaul de los RNs a los que ese sector da servicio. Continuando con la filosofía aplicada en el esquema SFR_2GrRBs, en ambos esquemas de RA propuestos para las subtramas backhaul, Back_op4 y Back_op5, no se permite que un RB se asigne de forma simultánea en el mismo TTI en los enlaces directos de dos sectores pertenecientes a la misma celda. Además, de la misma forma que en el esquema Back_op3, en los esquemas Back_op4 y Back_op5 el DeNB asigna la misma potencia de transmisión a todos los RBs del sistema, con el objetivo de ofrecer mejores condiciones de interferencia para los enlaces backhaul. 4.4.3 Esquema basado en FFR, considerando el despliegue de 2 RNs por sector y reúso de RBs en RNs vecinos: FFR_3GrRBs y FFR_4GrRBs En el esquema FFR_2GrRBs (Figura 4.16) se asignan dos grupos de recursos a los enlaces de acceso de cada relay, con lo que no existe interferencia co-layer entre los RNs pertenecientes al mismo sector del DeNB. Sin embargo, podría ser interesante considerar un mayor reúso frecuencial entre RNs vecinos, ya que el incremento en la interferencia co-layer podría compensarse con la mayor disponibilidad de recursos en los RNs. Por lo tanto, con el objetivo de incrementar todavía más el reúso frecuencial de la red, en la Figura 4.20 se representa el esquema de ICIC propuesto, basado en FFR. Se han propuesto dos versiones. En la primera de ellas, cada relay puede asignar sus enlaces de acceso en tres GrRBs (FFR_3GrRBs), mientras que la segunda versión consiste en añadir un cuarto GrRB a cada relay (FFR_4GrRBs). En la Figura 4.20 se representa qué grupo se escoge en primer lugar. En ambos esquemas se aplica la ordenación en la asignación de recursos en los DeNBs que se representa en la Figura 4.20, que es la misma que la aplicada en el esquema FFR_2GrRBs. De tal forma que los usuarios reciben asignaciones preferiblemente en aquellos RBs de la subbanda interior que están planificados para el sector que les da servicio, aunque realmente, todos los RBs de la subbanda interior de la celda son accesibles. La sectorización estricta en la subbanda exterior es necesaria para proteger a los mUEs de los bordes de las celdas. Continuando con la filosofía aplicada en los esquemas previos, no se permite que un RB se asigne de forma simultánea en el mismo TTI en los enlaces directos de dos sectores pertenecientes a la misma celda. Capítulo 4 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Esquemas Estáticos de ICIC 122 Figura 4.20: RA de los esquemas FFR_3GrRBs y FFR_4GrRBs para DeNBs y RNs en subtramas de acceso (2 RNs por sector) En este esquema de ICIC y RA se sigue el mismo planteamiento que el aplicado en el esquema FFR_2GrRBs. Es decir, la propuesta se basa en que cada relay reutiliza, para sus enlaces de acceso, los grupos de recursos que pertenecen a la subbanda interior de su propio DeNB, escogiendo los GrRBs que no están planificados para su propio sector, y asignando diferentes GrRBs a RNs adyacentes, siempre que sea posible. Por lo tanto, siguiendo este planteamiento, hay cuatro grupos de recursos a repartir para los relays de cada sector. Si se toma como referencia el sector A de la celda 1, los grupos que pueden ser asignados a los enlaces de acceso del RN0 y del RN1 son los grupos B1, B2, C1 y C2. Los dos primeros grupos asignados a los enlaces de acceso de los relays, son los seleccionados en el esquema FFR_2GrRBs. Es decir, se asigna un GrRB planificado para el sector adyacente, y otro GrRB planificado para el sector opuesto. Una vez asignados los dos primeros grupos, si nos centramos en el caso concreto del RN0 de la celda 1, los grupos que quedan disponibles son el B2 y el C2. La asignación del tercer GrRB genera interferencia co-layer principalmente entre los RNs pertenecientes al mismo sector de la celda. Para cada RN se escoge el grupo de recursos potencialmente planificado para su sector adyacente, ya que, aunque se reciba mayor interferencia de su DeNB, esta elección permite reducir la interferencia co-layer generada con el resto de RNs vecinos. Finalmente, con la asignación del cuarto grupo de recursos disponible en cada RN, se alcanza el reúso frecuencial completo entre los RNs pertenecientes al mismo sector de la celda. La elección de recursos frecuenciales propuesta, además de intentar minimizar la interferencia generada, para mejorar las prestaciones del sistema, también tiene como objetivo lograr que las prestaciones de todos los relays de la celda sean similares, proporcionado RBs con condiciones de interferencia similares a todos los relays. De igual manera que en Sector C A1C1 C2A2 B2C2 C1B1 C1 B1 B2C2 A2B2 B1A1 B1A1 A2 B2 C2A2 A1C1 Celda 1 Sector C A1C1 C2A2 B2C2 C1B1 C1 B1 B2C2 A2B2 B1A1 B1A1 A2 B2 C2A2 A1C1 Celda 2 Sector C A1C1 C2A2 B2C2 C1B1 C1 B1 B2C2 A2B2 B1A1 B1A1 A2 B2 C2A2 A1C1 Celda 3 RN0 de la celda 1 C1B1 B2C2 1 er grupo 2º grupo 3 er grupo 4º grupo A3 B3 C3 A1 B1 C1 A2 B2 C2 + + + + + += = = Recursos prioritarios para DeNBs Potencia f Potencia Potencia f f Sector A Sector B Sector C Ordenación en la asignación de recursos para DeNBs 0 12 3 4 5 C 4.4 Esquemas propuestos de ICIC y RA 123 los esquemas previos, los RNs asignan la misma potencia de transmisión a todos sus RBs disponibles. 4.4.4 Esquema basado en SFR, considerando el despliegue de 2 RNs por sector: SFR_3GrRBs y SFR_4GrRBs Tal y como se ha visto en los esquemas basados en FFR, si solo se considera un patrón de celda en la asignación de recursos y los RNs utilizan los recursos planificados para los otros sectores de sus propios DeNBs, los sectores interferentes dominantes de las celdas adyacentes siempre interferirán esos recursos reutilizados por los RNs. Además, los relays no pueden emplear los recursos frecuenciales reservados para la subbanda exterior, ya que los rUEs recibirían una interferencia excesiva en esos recursos. Con el objetivo de proporcionar a los relays recursos frecuenciales en los que la interferencia que se recibe de las celdas adyacentes es más débil, y continuando con la filosofía mostrada en el esquema SFR_2GrRBs, en la Figura 4.21 se representa el esquema de ICIC propuesto, basado en SFR. Se han propuesto dos versiones, que buscan incrementar todavía más el reúso frecuencial de la red, aumentando los recursos disponibles para los enlaces de acceso de los RNs. En la primera versión cada relay puede asignar sus enlaces de acceso en tres GrRBs (SFR_3GrRBs), mientras que la segunda versión consiste en añadir un cuarto GrRB a cada relay (SFR_4GrRBs). En la Figura 4.21 se representa qué grupo se escoge en primer lugar. En ambos esquemas se aplica la ordenación en la asignación de recursos en los DeNBs que se representa en la Figura 4.21, que es la misma que la aplicada en el esquema SFR_2GrRBs. De tal forma que los usuarios reciben asignaciones preferiblemente en aquellos RBs que están planificados para el sector que les da servicio, aunque realmente, todos los RBs de la celda son accesibles. Además, siguiendo el mismo planteamiento que en el esquema SFR_2GrRBs, no se considera una subbanda exterior de recursos de forma explícita, de tal forma que el DeNB asigna la misma potencia de transmisión a todos los RBs del sistema. Esta solución facilita el incremento del reúso frecuencial de la red buscado en la propuesta de ambos esquemas, SFR_3GrRBs y SFR_4GrRBs. Continuando con la filosofía aplicada en los esquemas previos, no se permite que un RB se asigne de forma simultánea en el mismo TTI en los enlaces directos de dos sectores pertenecientes a la misma celda. Capítulo 5 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Asignación Dinámica (…) 226 directos,s,c directos,c acceso,s',c s' c s' s NRB NRB' NRB ∀∈ ≠ = + ∑ (5.29) Las propuestas presentadas en [57–59] permiten adaptar de forma dinámica los recursos planificados para los enlaces de acceso de los RNs. Sin embargo, para evitar que los enlaces backhaul se conviertan en el cuello de botella de las comunicaciones dirigidas a los rUEs, también es necesario considerar una propuesta para adaptar los recursos asignados a los enlaces backhaul a las condiciones cambiantes de distribución de carga. Por lo tanto, la principal limitación de estos trabajos es que no consideran de forma conjunta la adaptación de los recursos frecuenciales planificados para los enlaces backhaul y los enlaces de acceso. Los trabajos que se han revisado hasta ahora están centrados en algoritmos y propuestas para adaptar de forma dinámica el reparto de los recursos frecuenciales entre los diferentes enlaces. No obstante, en la mayoría de ellos [49–56] no consideran un esquema de ICIC entre DeNBs que permita mejorar las condiciones de interferencia sufridas por los usuarios, así como aplicar una coordinación entre los recursos usados por los DeNBs y los usados por los RNs. Por otro lado, ninguno de ellos considera esquemas de reúso frecuencial eficientes entre los diferentes enlaces, que permitan compensar el overhead introducido por los enlaces backhaul, al mismo tiempo que ofrecer condiciones de interferencia aceptables a los usuarios de la red. Respecto a los enlaces backhaul, o no se considera una propuesta específica [58, 59], o se considera un reparto ortogonal de recursos junto con los enlaces directos [49–57]. Y respecto a los enlaces de acceso, en la mayoría de trabajos se considera o un reparto ortogonal de recursos [49, 52, 57, 58], o el extremo opuesto, considerando un reúso completo de recursos entre los diferentes nodos que incrementa notablemente la interferencia generada [53, 54, 56]. En cualquier caso, son propuestas válidas que permiten adaptar la distribución de recursos de la red a distribuciones de carga heterogéneas y cambiantes. Además de adaptar de forma dinámica el reparto de recursos frecuenciales entre los diferentes enlaces involucrados en los despliegues con relays a las condiciones cambiantes de demanda de tráfico, otro de los aspectos que pueden limitar las prestaciones de la red es la aplicación de un criterio de selección de nodo adecuado. Ya se ha visto en el capítulo anterior que el criterio CRE se considera una estrategia válida para aumentar el número de usuarios que se conectan a los RNs [46]. De esta forma se espera que la distribución de carga se mantenga más balanceada. Sin embargo, el criterio CRE no tiene en cuenta las condiciones de carga de los diferentes nodos de la red. Por lo tanto, aunque favorece el traspaso de usuarios a los RNs para que estos puedan beneficiarse de 5.1 Estado del arte 227 menores pérdidas de propagación, podría llegar a saturar alguno de los RNs, provocando una degradación de las prestaciones de sus rUEs debido a una escasez de recursos frecuenciales. En [60] emplean la configuración de despliegue 1 (Figura 5.1(c)), pero desplegando únicamente un RN en cada celda. Se considera reúso unidad entre DeNBs vecinos, sin embargo, la propuesta no considera un esquema de ICIC entre DeNBs que permita mejorar las condiciones de interferencia. En cuanto al reparto de recursos frecuenciales, aplican un esquema dinámico en base al número de UEs conectados a cada nodo. En las subtramas backhaul se considera un reparto ortogonal entre los diferentes enlaces, de tal forma que el DeNB reparte los RBs entre enlaces directos y el enlace backhaul de forma proporcional al número de UEs conectados a cada nodo. Posteriormente, en la subtrama de acceso consecutiva el RN podrá asignar a sus enlaces de acceso en los mismos RBs en los que ha recibido el backhaul, y el DeNB asignará a sus enlaces directos en los RBs restantes, que son los mismos que ha asignado a sus enlaces directos en la subtrama backhaul previa. Por lo tanto, se considera un reparto ortogonal de recursos en ambos tipos de subtramas que complica que se pueda compensar el consumo adicional de los UEs servidos por los RNs. El artículo se centra en tres criterios de selección de nodo. El primero de ellos es un criterio convencional, en el que los UEs se conectan al nodo del que reciben un mayor nivel de RSRP. En el segundo criterio los UEs se conectan al nodo del que observan un mayor nivel de SINR. En ambos casos se estima la RSRP y la SINR en el enlace directo de los DeNBs y en el enlace de acceso de los RNs, ya que se puede asumir que las condiciones de los enlaces backhaul son mejores. Con el objetivo de tener en cuenta en la selección de nodo el consumo extra de recursos que conllevan los UEs que se conectan a los RNs, el tercer criterio considerado se basa en que los UEs se conecten al nodo que ofrece una mayor eficiencia espectral. Para calcular la eficiencia espectral que un UE podría alcanzar en cada nodo y en cada enlace estiman la SINR que observaría el UE respecto a los diferentes nodos candidatos, para posteriormente estimar la tasa de datos alcanzable aplicando la fórmula de Shannon. De esta forma, para cada DeNB d candidato se obtiene la eficiencia por RB que el UE u obtendría en su enlace directo (ηu d). Por otro lado, para cada RN r candidato se obtiene la eficiencia por RB que el UE u obtendría en el enlace de acceso (ηu,acceso r ). Respecto al enlace backhaul, se emplea la eficiencia por RB que observa el RN r en su enlace con su DeNB (ηr,backhaul). Para estimar la eficiencia espectral total que alcanzaría el UE u si se conecta al RN r es necesario considerar el consumo de recursos en ambos saltos. Considerando que la tasa alcanzable por el UE (Talc,u r ) es igual a su tasa requerida (Treq u), se puede estimar el número de RBs necesarios para satisfacer la tasa Capítulo 5 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Asignación Dinámica (…) 228 requerida del UE, tanto en el enlace de acceso (NRBreq,u,acceso r ), como en el enlace backhaul (NRBreq,u,backhaul r ). Si además se considera que los RNs transmiten en su enlace de acceso lo que reciben en su enlace backhaul, se puede asumir que la tasa alcanzable por el UE u en ambos enlaces es la misma, tal y como se expresa en la ecuación (5.30). Por lo tanto, se puede calcular la eficiencia por RB que observaría el UE u si se conecta al RN r (ηu r) aplicando la ecuación (5.31). Finalmente, el UE u se conectaría al nodo candidato que ofrezca una mayor eficiencia espectral (5.32), ya sea un DeNB (d *) o un RN (r*). Cd u es el conjunto de DeNBs candidatos para el UE u, y Cr u es el conjunto de RNs candidatos para el UE u. ru r r r alc,u req req,u,acceso u,acceso req,u,backhaul r,backhaul T T NRB η NRB η== ⋅= ⋅ (5.30) r alc ,u r urr req,u,acceso req,u,backhaul T ηNRB NRB =+ (5.31) ( ) u d u r dr uu dC rC d |r arg max η ,η ∗∗ ∀∈ ∀∈ = (5.32) Los autores muestran en los resultados que el criterio de selección de nodo basado en la eficiencia espectral proporciona mejores prestaciones que los criterios basados en RSRP y SINR. Esta mejora se obtiene gracias a que para calcular la eficiencia espectral que los UEs observarían si se conectan a un RN, se están considerando los recursos frecuenciales extra que se consumen en los enlaces backhaul de los RNs. Sin embargo, aunque este criterio mejore las prestaciones de esquemas más convencionales basados en medidas de RSRP o SINR, de igual forma que en [46] no se están teniendo en cuenta las condiciones de carga de los diferentes nodos. Y esto puede conllevar distribuciones de carga de tráfico desequilibradas que pueden provocar fuertes degradaciones en las prestaciones de la red, debido a la falta de recursos frecuenciales disponibles en algunos nodos de la red. En [61] emplean la configuración de despliegue 1 (Figura 5.1(c)), pero desplegando cuatro RNs en cada celda en lugar de dos. Aplican reúso unidad entre DeNBs vecinos, sin embargo, la propuesta no considera un esquema de ICIC entre DeNBs. Consideran RNs full-duplex “Tipo 1b” capaces de transmitir sus enlaces de acceso y recibir su enlace backhaul de forma simultánea en la misma banda frecuencial, empleando sistemas de antenas complejos que proporcionan un aislamiento adecuado. Respecto al reparto de recursos frecuenciales consideran un esquema fijo que no permite adaptarse a distribuciones heterogéneas y cambiantes de demanda de tráfico. Plantean un 5.1 Estado del arte 229 reúso frecuencial completo de todo el ancho de banda en todos los nodos, generando unas condiciones de interferencia bastante agresivas para los UEs. En el caso de los DeNBs, los recursos disponibles se reparten de forma ortogonal entre enlaces directos y enlaces backhaul. Los autores se centran en proponer un criterio de selección de nodo basado en un sistema de precios, de tal forma que los UEs calculan el coste de conectarse a cada uno de los nodos candidatos, y seleccionan el nodo que ofrece el menor coste. El coste calculado depende del número de RBs que necesita el UE para satisfacer su tasa requerida si se conecta a ese nodo, y de los RBs que quedan libres en dicho nodo. En primer lugar se calcula el precio por RB para cada DeNB d candidato ( pd(t)) y para cada RN r candidato ( pr(t)) según la ecuación (5.33). p0 es un offset que se aplica al precio de los nodos y que permite ajustar el impacto del precio por RB en el coste total, Ntotal es el número total de RBs disponibles en el sistema, y NRBasig,d(t−1) y NRBasig,r(t−1) son el número de RBs asignados en la subtrama anterior por el DeNB d y por el RN r respectivamente. W es un factor que permite reducir el precio de los RNs si se le asigna un valor inferior a 1, con el objetivo de favorecer que más UEs se conecten a los RNs. El precio de un nodo candidato será mayor cuanto menor sea el número de RBs que quedan libres. ( ) ( ) ( ) ( ) 0 0 1 1 11 1 d total asig,d r total asig,r pt p N NRB t p t W p , W N NRB t = + −−    =⋅+ ≤  −−   (5.33) Una vez que se dispone del precio de todos los nodos candidatos, se estiman los RBs que necesita el UE para satisfacer su tasa requerida. Para ello, se estima la SINR que observaría el UE respecto a los diferentes nodos candidatos, para posteriormente estimar la tasa de datos alcanzable aplicando la fórmula de Shannon. De esta forma se estima el número de RBs necesarios para satisfacer la tasa requerida del UE u en el enlace directo para cada DeNB d candidato (NRBreq,u,directo d ), y en los enlaces backhaul (NRBreq,u,backhaul r ) y de acceso (NRBreq,u,acceso r ) para cada RN r candidato. Finalmente, se calcula el coste del UE u para cada nodo candidato (Mu d(t) y Mu r(t)) multiplicando el número de RBs requeridos por el precio correspondiente, tal y como se expresa en la ecuación (5.34). En el caso de los RNs, el coste incluye tanto los RBs requeridos en el enlace backhaul del RN r con su DeNB d’, como los RBs requeridos en el enlace de acceso, de forma similar a la propuesta considerada en [60]. El UE u se conectará al nodo que le ofrezca un menor coste (5.35). Capítulo 5 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Asignación Dinámica (…) 230 () () () ()( ) dd u req,u,directo d rr r u req,u,backhaul d' req,u,acceso r M t NRB p t M t NRB p t NRB p t , r d' = ⋅   = ⋅+ ⋅ ∈   (5.34) ( ) ( ) ( ) u d u r dr uu dC rC d |r arg min M t ,M t ∗∗ ∀∈ ∀∈ = (5.35) En [62] emplean la configuración de despliegue 2 (Figura 5.1(d)), pero desplegando tres RNs en cada celda en lugar de seis. Consideran RNs outband “Tipo 1a”, de tal forma que los enlaces de acceso utilizan una banda frecuencial deferente a la empleada por los enlaces backhaul. Aplican reúso frecuencial unidad entre DeNBs vecinos, pero no consideran un esquema de ICIC que permita mejorar las condiciones de interferencia de los UEs. El reparto de recursos entre enlaces directos y enlaces backhaul es ortogonal, y es el scheduler del DeNB el que se encarga de asignar cada RB a los diferentes enlaces. Desde el punto de vista de los RNs, todos ellos reutilizan completamente la banda frecuencial dedicada a los enlaces de acceso. Gracias a utilizar una banda frecuencial diferente a la empleada por los DeNBs para los enlaces directos y enlaces backhaul, las condiciones de interferencia de los rUEs serán buenas, ya que además el despliegue de RNs considerado no es muy intensivo. Sin embargo, esto se consigue a costa de necesitar un mayor ancho de banda, incrementando notablemente el coste económico de la red. La propuesta analiza el escenario en el que una de las celdas se encuentra sobrecargada, y proponen un criterio de selección de nodo para traspasar UEs a los RNs de las celdas vecinas. Cuando una celda detecta que su nivel de carga es demasiado alto se inicia el procedimiento para escoger qué UEs deben ser traspasados a las celdas vecinas. Para ello, la celda sobrecargada c trata de maximizar la métrica Mc, que está compuesta por dos términos. El primer término (Jc) es el índice de Jain (5.36), y se utiliza para evaluar la equitatividad en las tasas de datos alcanzables (Talc u) por todos los UEs u de la celda, siendo Uc el conjunto de UEs conectados actualmente a la celda c, incluyendo tanto mUEs como rUEs. | | permite obtener la cardinalidad del conjunto. El segundo término considera la tasa total alcanzable por todos los UEs de la celda c. La celda c buscará maximizar la métrica Mc (ecuación (5.37)) considerando como nodos candidatos para sus UEs tanto el DeNB, como los RNs desplegados en el propio DeNB y en los DeNBs vecinos. ( ) 2 2 c c u alc uU cu c alc uU T JUT ∀∈ ∀∈    =⋅ ∑ ∑ (5.36) 5.1 Estado del arte 231 c u c c alc uU MJ T ∀∈ = + ∑ (5.37) En [63] emplean la configuración de despliegue 2 (Figura 5.1(d)), pero considerando celdas trisectorizadas y desplegando un RN de forma aleatoria en cada uno de los sectores. Los autores consideran RNs full-duplex “Tipo 1b” capaces de transmitir sus enlaces de acceso y recibir su enlace backhaul de forma simultánea en la misma banda frecuencial. El reparto de recursos entre los diferentes enlaces es fijo, y se basa en dividir el ancho de banda del sistema en tres subbandas. Una subbanda será usada para los enlaces directos, otra para los enlaces backhaul, y la restante para los enlaces de acceso. Cada sector podrá asignar las subbandas reservadas para los enlaces directos y para los enlaces backhaul de forma completa, y cada RN podrá asignar completamente la subbanda reservada para los enlaces de acceso, de tal forma que se considera un reúso frecuencial unidad a nivel de sector. No obstante, la propuesta no considera un esquema de coordinación de interferencias, por lo que las condiciones de interferencia sufridas por los mUEs serán demasiado agresivas, especialmente para los mUEs situados en las zonas exteriores de las celdas y en las fronteras entre sectores. Respecto a los rUEs, como los enlaces de acceso emplean una subbanda propia y solo se despliega un RN por sector de forma aleatoria, sus condiciones de interferencia serán buenas en general. El trabajo se enfoca en proponer un criterio de selección de nodo basado en la adaptación dinámica del offset de cada nodo que se aplica sobre un criterio RSRP convencional. Tal y como se expresa en la ecuación (5.38), el criterio de selección de nodo se basa en que para cada nodo n se considera un offset (On) que se suma a la RSRP recibida por el UE u de ese nodo (RSRPu n). Por lo tanto, cada UE u se conecta al nodo que maximiza la suma de la RSRP y del offset, ya sea un DeNB o un RN, considerando un conjunto de nodos candidatos Cn u. ( ) ( ) ( ) u n n un dB dB nC n arg max RSRP O ∗ ∀∈ = + (5.38) La propuesta considera emplear técnicas de inteligencia artificial (AI) para adaptar de forma dinámica el offset de todos los nodos de la red. En concreto emplean dos técnicas, basándose una de ellas en el aprendizaje por refuerzo, mientras que la segunda técnica se basa en un algoritmo genético. En ambas técnicas se busca maximizar una función de utilidad objetivo, considerando tres funciones diferentes (5.39). En la primera función (M1) se busca maximizar el número de UEs que satisfacen su tasa requerida, donde N es el conjunto de todos los nodos de la red (incluyendo DeNBs y RNs), Un es el conjunto de UEs conectados al nodo n, Su representa la satisfacción de la tasa requerida del UE u (Treq u), y Tserv,u n es la tasa servida al UE u por el nodo n. La segunda función (M2) Capítulo 5 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Asignación Dinámica (…) 232 busca maximizar la media geométrica de las tasas servidas a los UEs. Y finalmente, la tercera función (M3) busca maximizar la suma logarítmica del ratio de satisfacción de la tasa requerida de los UEs. Por lo tanto, las técnicas de AI adaptaran los valores del offset de todos los nodos de la red (On), con el objetivo de maximizar la función objetivo. ( ) ( ) 1 1 1 2 3 11 10 n n n n nu u u serv,u req u nN uU n N U n serv,u nN uU n serv,u u nN uU req M S , S si T T , S resto NU MT T M log T ∀∈ ∀∈ ∀∈ ∀∈ ∀∈ ∀∈  =⋅ ⋅ = ≥=    =    =    ∑∑ ∏∏ ∑∑ (5.39) Las propuestas presentadas en [46, 60] no tienen en cuenta la carga de tráfico de los diferentes nodos de la red, lo que puede provocar una distribución de carga desequilibrada, conllevando que ciertos nodos no dispongan de suficientes recursos frecuenciales para satisfacer los requisitos de QoS de sus usuarios, impactando significativamente las prestaciones de la red. Por el contrario, los criterios de selección de nodo presentados en [61–63] sí que tienen en cuenta la carga de los nodos, permitiendo alcanzar una distribución más equitativa de la demanda de tráfico. No obstante, además de considerar criterios de selección de nodo que permitan distribuir mejor la demanda de tráfico entre todos los nodos de la red, es necesario considerar de forma conjunta esquemas de ICIC que permitan garantizar condiciones de interferencia adecuadas a todos los UEs de la red, así como considerar esquemas de reúso frecuencial eficientes, que permitan compensar el overhead introducido por los enlaces backhaul, pero manteniendo niveles interferentes adecuados para todos los enlaces, siendo esta la principal limitación de estos trabajos. Es por ello que en este capítulo se propone un algoritmo que combina una distribución dinámica de recursos frecuenciales entre nodos y enlaces, que se adapta a distribuciones de demanda de tráfico heterogéneas y variables, y un criterio de selección de nodo que considera la distribución de carga para tratar de maximizar las prestaciones del sistema. El objetivo de este algoritmo es tratar de hacer frente a las limitaciones encontradas en los esquemas propuestos en la literatura. 5.2 Modelo del sistema con despliegue de relays En este capítulo se continúa empleando el mismo modelo del sistema que se ha considerado en el capítulo anterior, pero en este caso nos limitamos a la configuración de despliegue de 2 RNs por sector (Figura 4.7(a)). El trabajo sigue 5.2 Modelo del sistema con despliegue de relays 233 centrado en relays inband half-duplex Tipo 1, sobre la estructura de trama FDD, y en las transmisiones en el enlace downlink (DL). Las subtramas de acceso y backhaul se multiplexan en tiempo (TDM), y se alternan para cada relay. De la misma forma que en los capítulos anteriores, y siguiendo las recomendaciones para el desarrollo de LTE, los recursos frecuenciales del sistema se dividen en RBs. Además, igual que en el capítulo anterior, el ancho de banda del sistema se divide en 9 GrRBs (Figura 4.9), con el objetivo de poder explicar de una forma más clara los recursos frecuenciales que son asignados a cada nodo y a cada enlace. El objetivo que se persigue en este capítulo es proponer un algoritmo que combina un esquema de ICIC y RA que adapta de forma dinámica la distribución de recursos en condiciones de carga heterogéneas y un criterio de selección de nodo que permite balancear la carga de tráfico. Por sencillez en la propuesta del esquema de ICIC y RA dinámico se emplea la estructura de trama convencional, en lugar de aplicar la estructura de combinación de tramas, pese a que, como se ha visto en el capítulo anterior, esta última permite obtener mejores resultados a nivel de throughput global. Del mismo modo, también se emplea la configuración de 2 RNs por sector en vez de la configuración de 4 RNs por sector. No obstante, el algoritmo que se propone puede emplearse también sobre la configuración de 4 RNs por sector y sobre la estructura de combinación de tramas llevando a cabo pequeñas modificaciones para ajustarlo al escenario concreto, obteniéndose además conclusiones similares. Dentro de los esquemas de ICIC y RA propuestos en el capítulo anterior para la estructura de trama convencional, los esquemas basados en SFR mejoran las prestaciones de los esquemas basados en FFR. Es por ello que para el algoritmo que se propone en este capítulo se ha seleccionado el esquema basado en SFR como el esquema de RRM aplicado para el despliegue de relays. En la Figura 5.4 se representa el esquema SFR_3GrRBs propuesto para las subtramas de acceso. También se representan los recursos prioritarios para los enlaces directos de cada sector de los DeNBs, aplicándose además la misma ordenación en la asignación de recursos en los DeNBs que la que se ha aplicado en el capítulo anterior. De esta forma, los mUEs reciben asignaciones en primer lugar en aquellos RBs que están planificados para el sector que les da servicio. No obstante, cuando un sector ocupa todos sus RBs prioritarios, comienza a ocupar los RBs preasignados a los otros sectores de la celda, seleccionando el sector que tenga menor ocupación. Además, continuando con la filosofía aplicada en el capítulo anterior, no se permite que un RB se asigne de forma simultánea en el mismo TTI en los enlaces directos de dos sectores pertenecientes a la misma celda. Finalmente, tal y como se ha comentado en el capítulo anterior, si un RN utiliza para sus enlaces de acceso los RBs planificados para la subbanda exterior de las celdas adyacentes, la interferencia que recibirían los rUEs podría ser Capítulo 5 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Asignación Dinámica (…) 234 demasiado elevada. Por ello, se sigue el mismo planteamiento que el aplicado en el capítulo anterior y no se considera una subbanda exterior de recursos de forma explícita, de tal forma que el DeNB asigna la misma potencia de transmisión a todos los RBs del sistema. Figura 5.4: RA del esquema SFR_3GrRBs para DeNBs y RNs en subtramas de acceso (2 RNs por sector) En el esquema basado en SFR se definen tres patrones de celda diferentes, modificando los RBs que se planifican como prioritarios para cada sector en las diferentes celdas, con el objetivo de poder asignar a los enlaces de acceso de los RNs recursos frecuenciales con menores niveles de interferencia cross-layer. La idea principal del esquema SFR_3GrRBs es que cada RN reutiliza en sus enlaces de acceso los GrRBs que no están planificados para su propio sector, seleccionando los GrRBs que reciben menores niveles de interferencia crosslayer de las celdas vecinas y asignando siempre que sea posible diferentes GrRBs a RNs vecinos para minimizar también la interferencia co-layer. En la Figura 5.4 se representa qué grupo de recursos de los enlaces de acceso de los RNs se escoge en primer lugar. En línea con los esquemas propuestos en el capítulo anterior, los RNs asignan la misma potencia de transmisión a todos sus RBs disponibles. 0 12 3 4 5 C A2A1 C1 B2C3 B3 C2 C1 B1 A2B3 A3 B2B1 A1 C2A3 C3 A3B2 A2 B3B1 A1 C3 A2 C2 A3A1 C1 B3C2 B2 C3C1 B1 C1B3 A3 A1C2 B2 B1 A3 C3 C1B2 A2 A1C3 B3 B1A2 C2 Celda 1 Celda 2 Celda 3 RN0 de la celda 1 C2C1 B1 1 er grupo 2º grupo 3 er grupo Patrón Celda 3 A3 B3 C3 A1 B1 C1 A2 B2 C2 + + + + + += = = Recursos prioritarios para DeNBs Patrón Celda 2 A3 B3 C3 A1 B1 C1 A2 B2 C2 + + + + + += = = Patrón Celda 1 A3 B3 C3 A1 B1 C1 A2 B2 C2 + + + + + += = = Ordenación en la asignación de recursos para DeNBs Potencia f Potencia Potencia f f Sector A Sector B Sector C Patrón Celda 1 f Potencia f Potencia f Potencia Potencia f Potencia f Potencia f Sector A Sector B Sector C Patrón Celda 2 Sector A Sector B Sector C Patrón Celda 3 5.3 Esquema dinámico de RA-ICIC y criterio de selección de nodo 235 Los resultados analizados en el capítulo anterior, bajo condiciones de carga homogéneas, muestran que asignar un mayor o un menor número de RBs a los enlaces de acceso de los RNs, no tiene un impacto muy significativo en el throughput alcanzable por los enlaces directos en las subtramas de acceso. Además, también se ha visto que asignar 3 GrRBs a los enlaces de acceso de cada RN en la configuración de 2 RNs por sector puede ser la cantidad adecuada, ya que incrementar la cantidad de recursos por encima de esos 3 GrRBs no aporta una ganancia de prestaciones muy notable. La asignación de recursos a los enlaces de acceso de los RNs se puede ajustar para balancear las prestaciones de los mUEs y los rUEs, sin embargo, como se ha visto en el capítulo anterior, el throughput alcanzable por los rUEs no siempre se puede incrementar aumentando los RBs planificados para los RNs. Esto es debido principalmente a limitaciones en la asignación de recursos para los enlaces backhaul, pero también debido a otros factores como los que se han visto en el capítulo anterior, ya que al incrementar los RBs asignados a los enlaces de acceso, de acuerdo con los principios de diseño planteados, la potencia de transmisión por RB se reduce, y los rUEs son más vulnerables a la interferencia y, además, al aumentar el reúso frecuencial entre RNs vecinos, la interferencia co-layer es más agresiva, degradándose la SINR observada por los rUEs. En las subtramas de acceso, todos los recursos frecuenciales del sistema están disponibles para los enlaces directos. Además, como no siempre se puede incrementar el throughput alcanzable por los rUEs aumentando los RBs asignados a los enlaces de acceso de los RNs, y la asignación de 3 GrRBs a cada RN es una elección adecuada, el esquema de RA para las subtramas de acceso se mantiene fijo. Por lo tanto, tal y como se representa en la Figura 5.4, los enlaces directos pueden utilizar todos los RBs del sistema, definiéndose los GrRBs prioritarios para cada sector, y cada RN puede asignar sus enlaces de acceso en los 3 GrRBs planificados. Por el contrario, el esquema de RA para las subtramas backhaul se ajusta dinámicamente bajo condiciones de carga heterogéneas, adaptando la distribución de recursos entre enlaces directos y enlaces backhaul, y se explica en el siguiente apartado. 5.3 Esquema dinámico de RA-ICIC y criterio de selección de nodo En este apartado se describen el esquema de RA-ICIC dinámico y el criterio de selección de nodo que se proponen. El objetivo es proponer un algoritmo que combine una distribución dinámica de recursos frecuenciales entre nodos y enlaces que pueda ajustarse ante condiciones de carga heterogéneas, y un criterio de selección de nodo que considera la distribución de carga para tratar de Capítulo 5 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Asignación Dinámica (…) 242 no planificado para satisfacer demandas de capacidad más elevadas. No obstante, todas las asignaciones de recursos tienen que satisfacer las restricciones de ICIC recopiladas en la Tabla 5.6 y en la Tabla 5.7, para los RNs pares e impares respectivamente. Cada RNi par (i=0, 2, 4): • Puede recibir RBs potencialmente planificados para los enlaces directos de su sector opuesto (p. ej. grupos B1, B2 y B3 para el RN0 de la celda 1), si los RBs no han sido asignados previamente a los enlaces backhaul de uno o ambos de los siguientes RNs: [(i+2) mod 6] y [(i+5) mod 6] (p. ej. RN2 y RN5, si se considera el RN0). • Puede recibir RBs potencialmente planificados para los enlaces directos de su propio sector (p. ej. grupos A1, A2 y A3 para el RN0 de la celda 1), si los RBs no han sido asignados previamente a los enlaces backhaul de uno o ambos de los siguientes RNs: [(i+1) mod 6] y [(i+4) mod 6] (p. ej. RN1 y RN4, si se considera el RN0). • Puede recibir RBs potencialmente planificados para los enlaces directos de su sector adyacente (p. ej. grupos C1, C2 y C3 para el RN0 de la celda 1), si los RBs no han sido asignados previamente a los enlaces backhaul de uno o ambos de los siguientes RNs: [(i + 2) mod 6] y [(i + 5) mod 6]. Tabla 5.6: Decisiones de asignación de RBs para los RNs pares Cada RNi impar (i=1, 3, 5): • Puede recibir RBs potencialmente planificados para los enlaces directos de su sector opuesto, si los RBs no han sido asignados previamente a los enlaces backhaul de uno o ambos de los siguientes RNs: [(i+1) mod 6] y [(i+4) mod 6]. • Puede recibir RBs potencialmente planificados para los enlaces directos de su propio sector, si los RBs no han sido asignados previamente a los enlaces backhaul de uno o ambos de los siguientes RNs: [(i+2) mod 6] y [(i+5) mod 6]. • Puede recibir RBs potencialmente planificados para los enlaces directos de su sector adyacente, si los RBs no han sido asignados previamente a los enlaces backhaul de uno o ambos de los siguientes RNs: [(i + 1) mod 6] y [(i + 4) mod 6]. Tabla 5.7: Decisiones de asignación de RBs para los RNs impares 5.3 Esquema dinámico de RA-ICIC y criterio de selección de nodo 243 Aplicando estas consideraciones, el algoritmo trata de alcanzar la distribución de recursos deseada (NRBest,directos,s y NRBest,backhaul,r), y si esta distribución no es posible, trata de obtener la distribución de recursos más parecida posible. En primer lugar, el algoritmo intenta satisfacer la demanda de capacidad del enlace backhaul de cada RN asignándole los RBs de los grupos primario y secundario. Una vez que los GrRBs primarios y secundarios se han asignado, si algún RN no ha sido capaz todavía de alcanzar el número de RBs que debería recibir su enlace backhaul (NRBest,backhaul,r), el algoritmo intentará asignar RBs no planificados inicialmente a esos RNs. No obstante, estas asignaciones de RB deben satisfacer siempre las restricciones de ICIC de la Tabla 5.6 y la Tabla 5.7. En la primera parte del algoritmo, los RBs planificados para los enlaces directos del sector adyacente de un RN se consideran prohibidos, y por lo tanto no serán asignados al enlace backhaul de ese RN. De esta forma, el algoritmo tratará de asignar a los RNs recursos no planificados que pertenezcan a los GrRBs del sector opuesto y del propio sector. Para ambos tipos de grupos de RBs se tendrán que satisfacer las restricciones de ICIC (Tabla 5.6 y Tabla 5.7), que fundamentalmente garantizan que si un RB es asignado al enlace backhaul de un RN, ese RB solo puede ser reutilizado por su sector opuesto. Por ejemplo, si el algoritmo intenta asignar al RN0 de la celda 1 recursos frecuenciales del grupo B3, como se trata de un GrRB planificado para los enlaces directos de su sector opuesto (sector B), el algoritmo comprobará que esos RBs no han sido asignados previamente al RN2 y al RN5. El sector A es el sector adyacente del RN2 y del RN5, por eso no se permite reutilizar para el enlace backhaul del RN0 los mismos RBs que se están asignando a los enlaces backhaul de ambos RNs. El RN1 y el RN4 tienen prohibidos los RBs del grupo B3, ya que el sector B es su sector adyacente. Y finalmente, el RN3 es el relay opuesto al RN0, y por lo tanto está permitido que ambos RNs reutilicen los mismos RBs. En la última parte del algoritmo, si todavía quedan RNs que no han satisfecho los RBs que deberían recibir para su enlace backhaul, se intenta asignar RBs inicialmente planificados para los enlaces directos del sector adyacente. Las restricciones de ICIC (Tabla 5.6 y Tabla 5.7) para este tipo de GrRB garantizan que las asignaciones no introducen interferencia adicional sobre los enlaces backhaul ya asignados. Por otro lado, de cara a estimar adecuadamente los RBs que se están asignando al enlace backhaul, el algoritmo tiene en cuenta que el RN que recibe RBs planificados para su sector adyacente verá degradadas sus prestaciones en dichos RBs. Por ejemplo, si el algoritmo intenta asignar al RN0 de la celda 1 recursos frecuenciales del grupo C1, el algoritmo comprueba que esa asignación no añade interferencia adicional a los enlaces backhaul del RN2 y del RN5, ya que el sector A es su sector adyacente. Sin embargo, aunque el RN4 haya recibido el grupo C1, como el sector A es su Capítulo 5 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Asignación Dinámica (…) 244 sector opuesto, la asignación de RBs del grupo C1 al enlace backhaul del RN0 no introduce interferencia adicional sobre el enlace backhaul del RN4. Y desde el punto de vista del RN0, se asume que su sector adyacente usará esos RBs, y se tiene en cuenta la degradación de prestaciones en esos RBs para calcular adecuadamente los RBs asignados al enlace backhaul del RN0. A continuación se describen los pasos que sigue el esquema de RA dinámico para tratar de alcanzar la distribución de recursos deseada (NRBest,directos,s y NRBest,backhaul,r), teniendo en cuenta las consideraciones generales explicadas anteriormente, y respetando las restricciones de ICIC recopiladas en la Tabla 5.6 y la Tabla 5.7. De tal forma que, el esquema de RA dinámico solo asignará un RB al enlace backhaul de un RN si se satisfacen las restricciones de ICIC. Además, hay que tener en cuenta que en la primera parte del algoritmo solo se asignan a los enlaces backhaul RBs que pertenezcan a los grupos inicialmente planificados para los enlaces directos de su sector opuesto y de su propio sector, con el objetivo de reducir la interferencia intra-celular. Mientras que en los últimos pasos (7 y 8, del algoritmo que se describe a continuación), se permite asignar a los enlaces backhaul RBs inicialmente planificados para los enlaces directos de su sector adyacente, con el objetivo de alcanzar la distribución de recursos más parecida posible a la distribución deseada, y de maximizar en la medida de lo posible los RBs que quedan disponibles para los enlaces directos. Por último, merece la pena destacar que cuando un RN alcanza el número de RBs que se ha estimado que debería recibir (NRBest,backhaul,r), este RN deja de considerarse en el resto de pasos del esquema de RA dinámico. Los pasos del esquema de RA dinámico son los siguientes: Paso 0: Como paso previo antes de iniciar el algoritmo se reciben como parámetros de entrada NRBest,directos,s para cada sector s de la celda, y NRBest,backhaul,r para cada RN r de la celda. Hay que tener en cuenta que los enlaces directos pueden ser asignados tanto en las subtramas de acceso como en las subtramas backhaul, por lo tanto, NRBest,directos,s engloba el número de RBs que debería recibir el sector en ambos tipos de subtrama. Para obtener el número de RBs que debería recibir cada sector para sus enlaces directos en la subtrama backhaul (NRBest,directos,s backhaul ) se emplea la ecuación (5.40). En primer lugar, se descuenta el número de RBs que pueden ser asignados a los enlaces directos de cada sector s en las subtramas de acceso (Ntotal,s acceso =3 GrRBs). Posteriormente, si tras descontar los RBs asignables en las subtramas de acceso, el número de RBs que debería recibir un sector s es superior al número total de RBs asignables en el sector para los enlaces directos en las subtramas backhaul (Ntotal,directos,s backhaul = 3 GrRBs), el algoritmo solo será capaz de asegurar Ntotal,directos,s backhaul . Por el contrario, si el número de RBs que debería recibir el sector en las subtramas backhaul es inferior a Ntotal,directos,s backhaul , el algoritmo garantizará que el sector recibe todos los RBs 5.3 Esquema dinámico de RA-ICIC y criterio de selección de nodo 245 requeridos. De tal forma que, de los tres GrRBs inicialmente planificados para los enlaces directos de cada sector en las subtramas backhaul (Figura 5.5), el algoritmo puede asignar RBs a los enlaces backhaul de los RNs de ese sector, pero siempre garantizando que al menos quedan NRBest,directos,s backhaul RBs disponibles para los enlaces directos. ( ) ( ) 0 backhaul acceso backhaul est,directos,s est,directos,s total,s total,directos,s NRB min max NRB N , ,N= − (5.40) Paso 1: En la primera ronda, el algoritmo asigna los RBs del grupo primario (denominado Pr y representado mediante un círculo amarillo con línea discontinua en la Figura 5.5) a cada RN r de la celda, hasta que se alcanzan los RBs que debería recibir el RN (NRBest,backhaul,r), o hasta que se han asignado al enlace backhaul del RN r todos los RBs pertenecientes a su Pr. Paso 2: Si quedan RBs sin asignar pertenecientes a los GrRBs primarios, se lleva a cabo una segunda ronda, en la que el algoritmo intenta asignar esos RBs libres a aquellos RNs de la celda que aún no han alcanzado los RBs que deberían recibir. En esta segunda ronda se intentan asignar RBs pertenecientes al grupo primario de un RN, al enlace backhaul de otro RN diferente que aún no ha alcanzado NRBest,backhaul,r. Por lo tanto, las asignaciones de RBs a los enlaces backhaul deben satisfacer las restricciones de ICIC recopiladas en la Tabla 5.6 y la Tabla 5.7. Paso 3: El algoritmo asigna los RBs del grupo secundario (denominado Sr y representado mediante un círculo rosa con línea continua en la Figura 5.5) a cada RN r de la celda, hasta que se alcanzan los RBs que debería recibir el RN (NRBest,backhaul,r), o hasta que se han asignado al enlace backhaul del RN r todos los RBs pertenecientes a su Sr. El Sr de los RNs pares es un GrRB inicialmente planificado para los enlaces directos de su sector, por lo que el algoritmo asignará RBs de este grupo al enlace backhaul del RN r, pero siempre garantizando que al menos quedan NRBest,directos,s backhaul RBs disponibles para los enlaces directos del sector. Paso 4: Si quedan RBs sin asignar pertenecientes a los GrRBs secundarios, el algoritmo intenta asignar esos RBs libres a aquellos RNs de la celda que aún no han alcanzado los RBs que deberían recibir. De forma similar al paso 2, el algoritmo intenta asignar RBs pertenecientes al grupo secundario de un RN, al enlace backhaul de otro RN diferente que aún no ha alcanzado NRBest,backhaul,r, por lo que todas las asignaciones de RBs deben satisfacer las restricciones de ICIC (Tabla 5.6 y Tabla 5.7). Además, las asignaciones también garantizan que queden suficientes RBs libres en los GrRBs inicialmente planificados para los enlaces directos para satisfacer NRBest,directos,s backhaul . Capítulo 5 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Asignación Dinámica (…) 246 Paso 5: Si aún quedan RNs que no han alcanzado los RBs que deberían recibir para su enlace backhaul, el algoritmo trata de asignarles RBs inicialmente planificados para los enlaces directos de su sector, pero garantizando que al menos quedan NRBest,directos,s backhaul RBs disponibles para los enlaces directos, y satisfaciendo siempre las restricciones de ICIC (Tabla 5.6 y Tabla 5.7). Paso 6: Si aún quedan RNs que no han alcanzado los RBs que deberían recibir para su enlace backhaul, y todavía quedan RBs disponibles, se inicia una renegociación. Si un RN r no puede recibir un determinado RB f, es porque este RB f ya ha sido asignado a una pareja de RNs opuestos, pudiendo haber sido asignado solo a uno de ellos o a los dos, y asignar el RB f al RN r no satisface las restricciones del esquema de ICIC. Por lo tanto, el algoritmo intenta reasignar a esa pareja de RNs opuestos en algún RB disponible que satisfaga las restricciones del esquema de ICIC. Y si la reasignación es posible, se asigna el RB f al RN r. Paso 7: Si algún RN todavía no ha alcanzado los RBs que debería recibir para su enlace backhaul, el algoritmo intenta asignarle RBs inicialmente planificados para los enlaces directos de su sector adyacente. Las asignaciones deben satisfacer las restricciones de ICIC (Tabla 5.6 y Tabla 5.7), por lo que estas asignaciones de RBs inicialmente planificados para los enlaces directos del sector adyacente no introducen interferencia adicional sobre los enlaces backhaul ya asignados. Por otro lado, de cara a calcular si el RN ya ha recibido todos los RBs que debería (NRBest,backhaul,r), el algoritmo tiene en cuenta la degradación en la SINR que sufrirá el RN que recibe estos RBs, debido al mayor nivel de interferencia que recibirá de su sector adyacente. Paso 8: Inicialmente se han definido tres GrRBs para los enlaces directos de cada sector. Con el objetivo de maximizar la cantidad de recursos frecuenciales que se asignan a los enlaces directos, en este paso el algoritmo intenta que los RBs de estos grupos no sean asignados a los enlaces backhaul de los RNs del sector, siempre que sea posible. Por lo tanto, si algún RB inicialmente planificado para los enlaces directos ha sido asignado a un RN del sector, y todavía quedan RBs disponibles, se aplican las dos siguientes fases, para tratar de liberar los RBs planificados para los enlaces directos, reasignando a esos RNs en otros RBs disponibles: 8.a) Para aquellos RNs que hayan recibido RBs inicialmente planificados para los enlaces directos de su propio sector, el algoritmo intenta asignarles RBs disponibles pertenecientes a los GrRBs planificados para los enlaces directos de su sector opuesto. Si estos RBs no pueden ser asignados al RN por no satisfacer las restricciones del esquema de ICIC, el algoritmo lleva a cabo una renegociación, como en el paso 6. Si la asignación es posible, el RB planificado 5.3 Esquema dinámico de RA-ICIC y criterio de selección de nodo 247 para los enlaces directos se libera, y el enlace backhaul del RN se asigna en el nuevo RB. 8.b) Si tras aplicar la fase 8.a todavía hay RBs inicialmente planificados para los enlaces directos de un sector que han sido asignados al enlace backhaul de un RN del sector, y quedan RBs disponibles, el algoritmo intenta asignar a estos RNs RBs pertenecientes a los GrRBs planificados para los enlaces directos de su sector adyacente. De forma similar al paso 7, estas asignaciones deben satisfacer las restricciones del esquema de ICIC y, por lo tanto, no introducen interferencia adicional sobre los enlaces backhaul ya asignados. Además, el cambio de RBs solo es válido si la asignación del enlace backhaul que se está considerando no se degrada. Es decir, el cambio de RBs solo se acepta si teniendo en cuenta la degradación en la SINR que sufrirá el RN al utilizar RBs planificados para su sector adyacente, se sigue satisfaciendo la capacidad que se ha estimado que debería recibir, o al menos, se alcanza una capacidad igual o superior a la alcanzada antes de realizar el cambio de RBs. Paso 9: Una vez que se han asignado los RBs a los enlaces backhaul de los RNs de la celda, se asignan a los enlaces directos de cada sector aquellos RBs que pertenecen a los GrRBs inicialmente planificados para ese sector (Figura 5.5) que no hayan sido asignados al enlace backhaul de ninguno de los dos RNs del sector. Una vez que acaba el algoritmo, se dispone de los RBs asignados a los enlaces directos de cada sector y al enlace backhaul de cada RN para las subtramas backhaul. El esquema dinámico de RA se lleva a cabo para cada DeNB de forma independiente. Merece la pena destacar que a medida que va avanzando el algoritmo, se prioriza la asignación de RBs a aquellos RNs cuyo cociente entre los RBs que ya ha recibido y los RBs que debería recibir es menor. Respecto a los enlaces directos, la incorporación de reúso frecuencial intracelular degrada las condiciones de interferencia observadas por los mUEs. No obstante, como cada RB puede ser reutilizado un máximo de dos veces en el mismo DeNB, el scheduler tratará de asignar a los mUEs aquellos RBs en los que la interferencia intra-celular es más leve. Además, se ha comprobado en el capítulo anterior que el incremento en el reúso frecuencial propuesto por el esquema Back_op4 permite incrementar la disponibilidad de RBs para los enlaces directos, compensando la degradación de las condiciones de interferencia y compensando el overhead introducido por los enlaces backhaul. De la misma forma que en el esquema Back_op4, la asignación de recursos de los DeNBs en las subtramas backhaul sigue la ordenación representada en la Figura 5.4, pero incorporando esquemas de reúso frecuencial intra-celular. De esta forma, un sector puede asignar a sus enlaces directos un RB planificado Capítulo 5 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Asignación Dinámica (…) 248 para los enlaces directos de otro sector, pero solo cuando esta asignación no introduce interferencia intra-celular adicional. Es decir, siempre que se garantice que, si ese RB ha sido ya asignado a un enlace backhaul, el sector que lo quiere asignar (pese a que no pertenece a sus GrRBs prioritarios) es el sector opuesto del RN. Finalmente, y en línea con los esquemas estáticos de RA-ICIC propuestos en el capítulo anterior para las subtramas backhaul, el DeNB asigna la misma potencia de transmisión a todos los RBs, con el objetivo de ofrecer mejores condiciones de interferencia para los enlaces backhaul. 5.3.3 Criterio de selección de nodo Si se sigue un esquema convencional, cuando un nuevo usuario necesita establecer una conexión RRC (Radio Resource Control) en la red, se podría esperar un criterio de selección de nodo basado en el nivel promedio de SINR que se espera recibir del sector de su DeNB y de los RNs del sector, asumiendo idealmente que la SINR puede ser derivada a partir de la RSRQ (Reference Signal Received Quality), o bien reportada directamente por el UE. De esta forma, los usuarios se conectarían preferiblemente al nodo del que reciben el mayor nivel de SINR, y, por lo tanto, al nodo que les permitiría alcanzar el mayor throughput por RB. Sin embargo, los criterios de selección de nodo que se basan exclusivamente en medidas de RSRP, RSRQ o SINR, sin tener en cuenta la distribución de carga entre los nodos, no permiten aprovechar al máximo los recursos frecuenciales disponibles. Esto es debido a que la tasa de datos efectiva que puede alcanzar un UE también depende de la disponibilidad de capacidad en el nodo que le va a dar servicio. Por ello, en el criterio de selección de nodo que se propone en este capítulo, y que recibe el nombre de Load Balanced Cell Selection Method (LBCSM), si un UE recibe un nivel de SINR promedio superior a un umbral (SINRTH cand) de más de un nodo, se considera que el UE es candidato para ser conectado a cualquiera de estos nodos, sin necesidad de que sea al que proporciona el mejor nivel de SINR promedio, si esta selección de nodo alternativa proporciona una mayor satisfacción de los requisitos de QoS a nivel de enlace o un mayor aprovechamiento de los recursos frecuenciales a nivel global. Por ejemplo, si un usuario está conectado actualmente a un DeNB, pero el usuario también observa buenas condiciones de canal respecto a un RN cercano, y este RN dispone de suficientes recursos frecuenciales libres para satisfacer los requisitos de tráfico del usuario, quizás es más beneficioso que el usuario se conecte al RN. De esta forma, si las condiciones de canal del enlace backhaul del RN son mejores que las condiciones de canal que observa el usuario en su enlace directo con el DeNB, el consumo de recursos en el DeNB sería más bajo, y el usuario podría aprovecharse de los recursos libres que dispone el RN en sus enlaces de acceso. 5.3 Esquema dinámico de RA-ICIC y criterio de selección de nodo 249 Por otro lado, si un usuario recibe un mejor nivel de SINR promedio de un RN, pero el usuario es capaz de alcanzar una mayor tasa de datos si se conecta al DeNB, gracias a una mayor disponibilidad de recursos frecuenciales en los enlaces directos, también se considera el intercambio del nodo seleccionado. Hay que tener en cuenta que, en la mayoría de casos, las condiciones de canal de los enlaces directos son peores que las condiciones de canal de los enlaces backhaul, por lo tanto, desde el punto de vista del DeNB se consumen más recursos frecuenciales. Sin embargo, el usuario puede recibir mejores prestaciones del DeNB que del RN debido a una falta de recursos disponibles en los enlaces de acceso del RN. Figura 5.6: Diagrama de la operación del algoritmo completo Nuevo UE u Crear lista de nodos candidatos (SINR > ), de mayor a menor SINR Se escoge el siguiente nodo de la lista: n ¿Se ha acabado la lista? Pre-selección Estimación de la demanda de RBs NO Cálculo de la demanda total de RBs Restricciones de ICIC NO SI Se selecciona el nodo n para el UE u SI Se escoge el nodo candidato con mayor Redistribución de UEs FIN NO Cálculo de la cantidad de RBs asignables Esquema de RA-ICIC dinámico directos,s,z acceso,r backhaul,r , , η ηη , si n es un RN n cand TH SINR directos,s D , backhaul,r r sD∀∈ ,, s UE u directo W , si n es un sector ,, ,, rr UE u acceso UE u backhaul W y W u req T c u' U ,u' u∀∈ ≠ ,alc u T ,alc u T , ¿? u alc u req TT> , ¿? , u alc u req s r TT uU uU rs > ∀∈ ∀∈ ∀∈ r UE,u',backhaul W s UE,u',directo W r UE,u',acceso W Capítulo 5 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Asignación Dinámica (…) 250 El criterio de selección de nodo que se propone en este capítulo incluye procesos potenciales de reasignación de nodo. Es decir, procesos en los que UEs que previamente estaban conectados a un nodo, pueden realizar un handover a otro nodo, ya sea un DeNB o un RN, con el objetivo de mejorar la utilización de los recursos frecuenciales, y de alcanzar mejores prestaciones. Sin embargo, antes de explicar en detalle los diferentes pasos del criterio de selección de nodo, es necesario describir primero cómo se obtiene la tasa de datos que un UE podría alcanzar en cada uno de los nodos que se consideran en la decisión de la selección de nodo. El cálculo de la tasa de datos alcanzable requiere estimar en primer lugar la cantidad de recursos que cada sector o RN tiene disponible para el UE, tras haber efectuado el reparto de recursos entre enlaces directos y enlaces backhaul. En la Figura 5.6 se representa el diagrama de la operación del algoritmo completo cuando un nuevo UE u intenta conectarse al sistema, englobando el esquema de RA dinámico y el criterio de selección de nodo. 5.3.3.1 Estimación de la demanda de RBs de los UEs En primer lugar, se estima el consumo para cada usuario u, en términos del número de RBs necesarios para satisfacer su tasa de datos requerida (Treq u), para cada uno de los enlaces potenciales involucrados en el acceso del usuario. Si un usuario u se va a conectar potencialmente al DeNB, se estima su consumo para el enlace directo del sector s que le da servicio (WUE,u,directo s ). Por el contrario, si un usuario u se va a conectar potencialmente a un RN, se estima su consumo para el enlace backhaul (WUE,u,backhaul r) y para el enlace de acceso (WUE,u,acceso r ) del RN r que le daría servicio. Dichas estimaciones de consumo, se obtienen para cada UE de la celda de acuerdo a las ecuaciones (5.41), (5.42) y (5.43), donde ηdirectos,s,z es la eficiencia promedio por RB para los enlaces directos del sector s en la zona z de la celda, ηacceso,r es la eficiencia promedio por RB para los enlaces de acceso del RN r, y ηbackhaul,r es la eficiencia promedio por RB para el enlace backhaul del RN r. Las eficiencias se calculan en términos de los bits promedio que se pueden trasmitir en un RB. u req s UE,u,directo directos,s,z T Wη = (5.41) u req r UE,u,acceso acceso,r T Wη = (5.42) ur req alc,u,acceso r UE,u,backhaul backhaul,r backhaul,r TT W min , ηη  =  (5.43) 5.3 Esquema dinámico de RA-ICIC y criterio de selección de nodo 251 Respecto a la estimación del consumo de RBs en el enlace backhaul de los RNs (WUE,u,backhaul r) mostrada en la ecuación (5.43), se está considerando también la tasa de datos promedio que se estima que el usuario u sería capaz de alcanzar en su enlace de acceso con el RN r (Talc,u,acceso r ). En situaciones en las que la carga de tráfico de un RN es alta, las estimaciones de la tasa de datos que podría alcanzar cada rUE en los enlaces de acceso podrían ser inferiores a las tasas de datos requeridas por los rUEs. Por ello, en la estimación del consumo de los UEs en el enlace backhaul se considera también Talc,u,acceso r como factor corrector. De esta forma se intenta ajustar la capacidad de los enlaces backhaul a la capacidad agregada alcanzada en los enlaces de acceso, con el objetivo de no desperdiciar recursos frecuenciales en los enlaces backhaul cuando los enlaces de acceso de los RNs están sobrecargados, y no son capaces de transmitir todos los paquetes de datos recibidos en su enlace backhaul. Cómo se calcula la tasa de datos promedio alcanzable por los usuarios en sus enlaces de acceso (Talc,u,acceso r ) se explica en detalle posteriormente. Como se ve en las ecuaciones (5.41), (5.42) y (5.43), en lugar de considerar una estimación de la eficiencia por RB para cada UE, teniendo en cuenta sus condiciones de canal de manera individual, se considera una eficiencia promedio para los UEs que están conectados a un mismo RN, o para los UEs que pertenecen a la misma zona (zonas 0, 1 y 2 representadas en la Figura 3.9) de cada sector. Hay que tener en cuenta que el scheduler puede asignar los RBs con menores niveles de interferencia a aquellos UEs que observan malas condiciones de canal, con el objetivo de satisfacer sus requisitos de QoS. Por el contrario, el scheduler puede asignar los RBs que reciben mayores niveles de interferencia a los UEs que observan buenas condiciones de canal, obteniéndose una eficiencia por RB más baja que la eficiencia alcanzable que podría estimarse teniendo en cuenta sus buenas condiciones de canal. Por lo tanto, una estimación de la eficiencia individualizada para cada UE podría ser optimista para algunos usuarios y, al mismo tiempo, pesimista para otros usuarios. Sin embargo, calcular la eficiencia promedio de los UEs que se encuentran en la misma zona permite estimar el consumo agregado de RBs de los UEs conectados a un nodo de una manera más realista, teniendo en cuenta el reparto de los recursos frecuenciales disponibles entre los diferentes UEs. Las eficiencias promedio se estiman empleando una ventana de promediado deslizante, de tal forma que en cada subtrama se añade la eficiencia por RB alcanzada en ese TTI, y se elimina la muestra más antigua. Así se va estimando y actualizando la eficiencia promedio por RB alcanzada en las últimas subtramas. Respecto a las eficiencias promedio por RB para los enlaces directos se obtiene una eficiencia promedio independiente para cada sector y además, para cada zona del sector (ηdirectos,s,z). De esta forma se puede estimar de forma Capítulo 5 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Asignación Dinámica (…) 258 criterio de selección de nodo, con el objetivo de tratar de redistribuir la carga de tráfico entre los diferentes nodos. En esta situación, el nuevo UE se conectaría al nodo que le proporciona una mayor Talc,u, ya que esto equivaldría a seleccionar el nodo que está cursando la carga de tráfico más baja, no obstante, se lleva a cabo la fase de redistribución, que se explica en detalle en el siguiente paso (paso B). Esta fase de redistribución de UEs solo se aplica en el sector al que pertenece el nuevo usuario, incluyendo los RNs desplegados en ese sector. En la Figura 5.6 puede verse el diagrama de flujo de la operativa del criterio de selección de nodo. Por lo tanto, cuando un nuevo usuario accede a la red, podría llevarse a cabo un proceso de redistribución de usuarios si no se satisfacen los requisitos de tráfico. Además de estos procesos de redistribución cuando nuevos usuarios acceden a la red, la fase de redistribución de usuarios también se lleva a cabo de forma periódica, y en estos casos, el proceso de redistribución se aplica en el DeNB completo, es decir, en todos los sectores del DeNB. Cuando un nuevo UE se conecta a la red, si se satisfacen los requisitos de trafico de los UEs no se aplica el proceso de redistribución. Y si no se satisfacen, el proceso de redistribución de UEs se limita solo al sector al que pertenece el nuevo UE. El objetivo de limitar los procesos de redistribución de usuarios que se llevan a cabo cuando un nuevo UE se conecta a la red, es evitar cambios de nodos constantes y minimizar la señalización que conllevan los procesos de handover de los UEs, a pesar de que la distribución de tráfico, y la distribución de recursos, se podrían optimizar si el proceso se realizase a nivel de celda. Sin embargo, sí que se aplica la redistribución de UEs a la celda completa de forma periódica, pero considerando periodos de tiempo más largos. De esta forma se trata de alcanzar una distribución de carga más eficiente entre los diferentes nodos de la celda. Así, en situaciones de baja carga, en las que los sectores y los RNs son capaces de satisfacer los requisitos de tráfico de sus usuarios, los procesos de redistribución de UEs periódicos permiten balancear la distribución de carga, con el objetivo de que todos los usuarios obtengan prestaciones similares, sin importar si están conectados directamente al DeNB o si se conectan a través de un RN. B. Fase de redistribución de usuarios La fase de redistribución de UEs se basa en el algoritmo que se describe en pseudo-código en la Tabla 5.9. Al comienzo del algoritmo se ordenan los nodos a considerar de menor a mayor nivel de satisfacción de las tasas de datos requeridas por los UEs, y se selecciona el nodo que alcanza una menor satisfacción, ya que es el nodo que está más sobrecargado. El algoritmo intenta transferir un UE de este nodo (nodo n), al nodo que ofrece el mayor nivel de satisfacción a sus UEs (nodo n*). Si la fase de redistribución se lleva a cabo 5.3 Esquema dinámico de RA-ICIC y criterio de selección de nodo 259 porque un nuevo UE se ha conectado a la red, el conjunto de nodos que se considera está limitado al sector del DeNB al que pertenece el nuevo UE y a los RNs desplegados en ese sector. Mientras que, si se trata de un proceso de redistribución periódico, se consideran todos los nodos de la celda. Si el nodo n es un sector del DeNB, el algoritmo intenta transferir un UE, que actualmente está conectado al sector, al RN del sector que ofrece el mayor nivel de satisfacción de las tasas de datos requeridas. Si no es posible transferir ningún UE del sector a este RN, el algoritmo lo intenta con el otro RN del sector siguiendo el orden. El caso contrario sería que el nodo n sea un RN, y en este caso el algoritmo intenta transferir un UE del RN al sector del DeNB. Para seleccionar el UE que podría realizar el intercambio de nodo se comienza con los UEs que actualmente están conectados al nodo n, pero que reciben un mayor nivel de SINR del nodo n*, que de su nodo n. Estos UEs recibirían mejores niveles de SINR del nodo n*, y, además, el nodo n* ofrece un mayor nivel de satisfacción de las tasas de datos requeridas, por lo que los UEs recibirían mejores tasas de datos conectándose al nodo n*. Por lo tanto, si se encuentra algún UE que satisface estas condiciones, de entre todos ellos se intentará traspasar al nodo n* al UE que recibe el menor nivel de SINR del nodo n. Por el contrario, si no se encuentra ningún UE que satisfaga estas condiciones, el algoritmo busca los UEs actualmente conectados al nodo n, que son candidatos a conectarse al nodo n*, es decir, que reciben un nivel de SINR del nodo n* superior al umbral SINRTH cand. Estos UEs reciben niveles de SINR más bajos del nodo n* que de su nodo actual n, sin embargo, serían capaces de recibir tasas de datos mayores del nodo n*, gracias a una mayor disponibilidad de recursos frecuenciales. El algoritmo intenta traspasar en primer lugar al UE que recibe el mayor nivel de SINR del nodo n*. Una vez que se selecciona el UE que se va a intentar traspasar al nodo n*, se comprueba si el intercambio de nodo satisface las condiciones necesarias. En primer lugar, es necesario actualizar la estimación del consumo de RBs del UE que se quiere transferir para sus nuevos enlaces (ecuaciones (5.41), (5.42) y (5.43)). Posteriormente, se estima la distribución de recursos deseada teniendo en cuenta este posible intercambio de nodo, y considerando las restricciones del esquema de ICIC, y se actualizan las estimaciones de la tasa de datos promedio alcanzable por cada UE (ecuaciones (5.49), (5.50) y (5.51)). Con el objetivo de evitar efectos ping-pong, solo se valida el intercambio de nodo del UE si la estimación de la tasa de datos alcanzable en el nodo n*, supera en un cierto porcentaje (PTH interc) a la tasa de datos alcanzable en su nodo actual n antes de considerar el intercambio. Por lo tanto, si la estimación de la tasa de datos alcanzable en el nodo n* no supera el PTH interc, el intercambio de nodo se descarta. Capítulo 5 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Asignación Dinámica (…) 260 Inicialización: N = Conjunto de nodos a considerar intercambio = true while (intercambio) intercambio = false ordenar(N): Se ordenan los nodos de menor a mayor Salc for n = 1 to length(N) n* = Se selecciona el nodo con mayor Salc U = Conjunto de UEs conectados a n, candidatos a conectarse a n* ordenar(U): En primer lugar, los UEs para los que SINRn* >SINRn (de menor a mayor SINRn). Después, el resto de UEs candidatos (de mayor a menor SINRn*) for u = 1 to length(U) Obtener Talc n* y mn* if ((Talc n* >(1+PTH interc)·Talc n ) and (mn*< mn)) then El UE u es traspasado al nodo n* intercambio = true Volver al comienzo del while else Descartar el intercambio de nodo end if end for end for end while Se define: Salc = Nivel de satisfacción de las tasas de datos requeridas (Treq u) SINRn = Nivel de SINR promedio recibido del nodo n SINRn* = Nivel de SINR promedio recibido del nodo n* Talc n = Estimación de la tasa de datos alcanzable en el nodo n Talc n* = Estimación de la tasa de datos alcanzable en el nodo n* mn = Valor de la métrica m si el UE permanece conectado al nodo n mn* = Valor de la métrica m si el UE es transferido al nodo n* Tabla 5.9: Pseudo-código de la fase de redistribución de UEs Además de comprobar que la mejora de la tasa de datos alcanzable por el UE es superior al umbral (PTH interc), también se comprueba una segunda condición, que intenta medir si el intercambio de nodo del UE es beneficioso a nivel de sistema, de acuerdo a la métrica (m) representada en la ecuación (5.52). J es el índice de Jain, y de la misma forma que en [62], se utiliza para evaluar la equitatividad en las tasas de datos alcanzables (Talc,u) por todos los UEs de la celda. |Uc| permite obtener la cardinalidad del conjunto, de tal forma que equivale al número total 5.3 Esquema dinámico de RA-ICIC y criterio de selección de nodo 261 de UEs de la celda (incluyendo tanto mUEs como rUEs). El rango de valores que puede tomar el índice de Jain es [1|Uc|⁄,1], siendo 1 el mejor caso, en el que todos los UEs observarían la misma tasa de datos alcanzable. El segundo factor de la métrica evalúa el nivel de satisfacción de las tasas de datos requeridas por los UEs (Treq u), y cuanto menor sea este factor, mejor es el nivel de satisfacción. De esta forma, la métrica busca que se asignen tasas de datos similares a todos los UEs de la celda, así como que se satisfagan los requisitos de QoS de los UEs. ( ) ( ) () 2 2 0 1 c c c u req alc,u u uU req alc ,u uU c alc ,u uU max T T , mJ T T JUT ∀∈ ∀∈ ∀∈ − =−⋅    =⋅ ∑ ∑ ∑ (5.52) Por lo tanto, si la tasa de datos que se estima que alcanzaría el UE en el nodo n* supera el umbral PTH interc, y el valor de la métrica m se reduce al considerar el intercambio de nodo, el algoritmo valida el intercambio y el UE seleccionado será transferido al nodo n*. Por el contrario, si alguna de las dos condiciones no se satisface, el algoritmo descarta el intercambio de nodo. La fase de redistribución de UEs finaliza cuando el algoritmo ha comprobado todos los nodos, y no se ha validado ningún intercambio de nodo. Una vez que el criterio de selección de nodo termina, incluyendo el potencial proceso de redistribución de usuarios, se dispone de una distribución de recursos deseada (NRBest,directos,s y NRBest,backhaul,r) que ha sido actualizada, y que se envía como parámetro de entrada al esquema de RA dinámico (subapartado 5.3.2). El esquema de RA dinámico actualizará la asignación de recursos a cada nodo, tratando de alcanzar la distribución deseada. En la Figura 5.6 puede verse el diagrama de flujo de la operación conjunta del criterio de selección de nodo y del esquema de RA-ICIC dinámico. En línea con la limitación del proceso de redistribución de usuarios al sector al que pertenece el nuevo UE, el ajuste del reparto de los recursos frecuenciales también se limita al sector. Es decir, que cuando un nuevo UE se conecta a la red solo se comprueba si es necesario ajustar el reparto de los recursos entre los enlaces directos del sector al que pertenece el nuevo UE y los enlaces backhaul de los RNs desplegados en el sector. Por lo tanto, en la estimación de la tasa de datos alcanzable por los UEs (subapartado 5.3.3.2) se respeta la cantidad de RBs asignados a los enlaces directos de los dos sectores restantes de la celda, y a los enlaces backhaul de los RNs desplegados en esos dos sectores. De forma similar, el esquema de RA- Capítulo 5 - Despliegues Heterogéneos con Relays: Asignación Dinámica (…) 262 ICIC dinámico (subapartado 5.3.2) se lleva a cabo garantizando que se respetan los RBs asignados a los enlaces directos de los dos sectores restantes, y los RBs asignados a los enlaces backhaul de los RNs desplegados en los dos sectores restantes. De esta forma se evita que los RBs asignados a cada nodo cambien con demasiada frecuencia. Por otro lado, cuando se llevan a cabo los procesos de redistribución de UEs periódicos, sí que se comprueba si es necesario adaptar el reparto de recursos frecuenciales a nivel de celda completa, con el objetivo de optimizar el uso de los RBs disponibles, pero considerando periodos de tiempo más largos. Por lo tanto, una vez que el proceso de redistribución de UEs periódico finaliza, y se ha actualizado la distribución de recursos deseada (NRBest,directos,s y NRBest,backhaul,r), esta distribución se envía como parámetro de entrada al esquema de RA-ICIC dinámico, que asignará RBs a cada nodo con el objetivo de alcanzar la distribución más parecida posible a la deseada. 5.4 Resultados En este apartado se presentan los resultados obtenidos mediante simulación para el algoritmo propuesto, que combina el esquema dinámico de RA-ICIC y el criterio de selección de nodo. En primer lugar, se analizan las prestaciones del esquema dinámico de RA-ICIC bajo condiciones de demanda de tráfico heterogéneas, con el objetivo de evaluar si el esquema propuesto es capaz de distribuir los recursos frecuenciales entre los diferentes nodos de una manera eficiente. Posteriormente, se evalúan las prestaciones del algoritmo completo, considerando tanto el esquema dinámico de RA como el criterio de selección de nodo, en dos escenarios con distinta distribución de demanda de tráfico. 5.4.1 Condiciones de evaluación Para este capítulo se continúan empleando condiciones de evaluación muy similares a las consideradas en los capítulos previos, y explicadas en detalle en el apartado 3.4, con algunas diferencias relacionadas principalmente con el modelo de generación de conexiones. Se han empleado los parámetros recogidos en la Tabla 4.1, que han sido seleccionados de acuerdo a las especificaciones del 3GPP para el desarrollo de LTE [32], considerando la estructura de trama FDD. Se sigue considerando un sistema celular compuesto de 21 macroceldas trisectorizadas, sobre el que se despliegan dos relays en cada sector (Figura 4.7(a)), y siendo d=2/3 · R y θ0=30º. De la misma forma que en el capítulo anterior, en cada celda se definen tres zonas con la misma área, siendo la zona 0 la más cercana al DeNB, mientras que la zona 2 es la más exterior y alejada. 5.4 Resultados 263 Se considera un ancho de banda de 5 MHz para todo el sistema, por lo que se dispone de 27 RBs, y cada uno de los 9 GrRBs contiene 3 RBs. Dentro de un mismo RB se asigna la misma potencia de transmisión y el mismo MCS a todas sus subportadoras. Se aplica el mismo modelado de nivel físico y de enlace descrito en el subapartado 3.4.1, modelando de forma explícita la interferencia. Se consideran los mismos MCSs, por lo que en la Tabla 3.1 pueden verse los valores de SINR requeridos, así como la tasa de datos útiles por RB para cada MCS. También se considera el mismo modelado del canal radio detallado en el subapartado 3.4.2, y en la Tabla 4.1 se recogen los valores relacionados con este modelado. El mecanismo de CQI aplicado en este capítulo es el mismo que el considerado en el capítulo anterior, modelándose explícitamente tanto los errores en la estimación del canal, como los errores en la estimación de la interferencia. Los parámetros del esquema de CQI están recopilados en la Tabla 4.2. Sin pérdida de generalidad se asume como en los capítulos anteriores que cada usuario dispone de una única conexión para la transmisión de datos entre el DeNB o el RN y el UE en el enlace descendente, aplicándose el mismo modelado de conexiones que en los capítulos previos (subapartado 3.4.4). Con el objetivo de evaluar las prestaciones que ofrece el algoritmo de reparto dinámico de recursos y criterio de selección de nodo ante condiciones heterogéneas de carga, en este capítulo se ha considerado un tráfico con restricciones de retardo, como es el modelo de tráfico ON-OFF, explicado en detalle en el subapartado 3.4.4. Los esquemas de ICIC empleados en este capítulo no consideran una subbanda exterior de recursos de forma explícita para los DeNBs, por lo que la potencia máxima de transmisión (PT,max n ) se distribuye de forma equitativa entre todos los RBs asignables, tanto en los DeNBs como en los RNs. El único nivel de la máscara de potencia (Mmed,n) se obtiene de la misma forma que en los capítulos anteriores (ecuación (4.3)), y en la Tabla 5.10 se recogen los valores de las máscaras de potencia expresadas en dBm/RB. De la misma forma que en el capítulo anterior, se considera una asignación fija de potencia tanto en los DeNBs, como en los RNs. Por lo tanto, cuando un RB es asignado a un UE o a un RN, el DeNB o RN que da servicio asignará la potencia definida por la máscara de potencia para ese RB en concreto (Mmed). Aplicando el mismo planteamiento que en los capítulos anteriores, y al margen de la especificación LTE, como el número de RBs preasignados a los RNs es menor que el número de RBs disponibles en el sistema, se ha presupuestado un nivel de potencia en las señales de referencia incrementado respecto a la EPRE, y asimismo un nivel de transmisión por RB más alto, asumiendo que la potencia total (PT,max n ) se va a repartir equitativamente entre [Document text truncated for crawler view.]