Power control and energy efficiency strategies for D2D communications underlying cellular networks

• Main Author: Melo, Yuri Victor Lima de
• Other Authors: Rodrigues, Emanuel Bezerra
• Language: English
• Published: 2015
• Subjects: Teleinformática; Controle de potência; Interferência - Gestão
• Online Access: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/13182

MELO, Y. V. L. Power control and energy efficiency strategies for D2D communications underlying cellular networks. 2015. 58 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. === Submitted by Marlene Sousa ([e-mail]) on 2015-08-21T19:15:08Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_yvlmelo.pdf: 1981714 bytes, checksum: 55659ddc976cc21566a2253e46839664 (MD5) === Approved for entry into archive by Marlene Sousa([e-mail]) on 2015-08-26T17:42:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_yvlmelo.pdf: 1981714 bytes, checksum: 55659ddc976cc21566a2253e46839664 (MD5) === Made available in DSpace on 2015-08-26T17:42:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_yvlmelo.pdf: 1981714 bytes, checksum: 55659ddc976cc21566a2253e46839664 (MD5) Previous issue date: 2015-07-14 === In a world where people count on their smartphone, smartwatch, tablet and other devices to keep them connected wherever they go, they expect its application to run without problems, such as dropped calls, slow download and choppy videos. In this context, Device-to-Device (D2D) communication represents a promising technology, because it is a direct and low-power communication between devices close, allowing to offload the data transport network, increase spectral and power efficiency. From the subscriber point of view, D2D means to use applications without problem and increase battery life. However, in order to realize the potential gains of D2D communications, some key issues must be tackled, because D2D communications may increase the co-channel interference and compromise the link quality of cellular communications. This master’s thesis focuses on Radio Resource Management (RRM) techniques, especially Power Control (PC) schemes, to mitigate the co-channel interference for D2D communications underlaying a Long Term Evolution (LTE) network, aiming at the reduction of the intra- and inter- cell interference and at the improvement of energy efficiency. The main PC schemes (e.g. OLPC, CLPC and SDPC) and a hybrid scheme (CLSD) are calibrated and used in macro- or micro- multicell scenario, using different loads and imperfect Channel State Information (CSI). In addition, the impact of downtilt is analyzed, which is used to adjust the coverage radius of an Evolved Node B (eNB) and reduce co-channel interference by increasing cell isolation. The numerical results indicate that PC schemes and downtilt, duly calibrated, can provide gains to cellular and D2D communications. In other words, D2D technology can be used to further increase the spectral and energy efficiency if RRM algorithms are used suitably. === Em um mundo onde as pessoas contam com smartphone, smartwatch, tablet e outros dispositivos para mantê-las conectadas onde quer que vão, todos esperam que seus aplicativos sejam executados sem problemas, tais como chamadas abandonadas, download lento e vídeos com saltos. Neste contexto, comunicação dispositivo-a-dispositivo (do inglês, Device-to-Device (D2D)) constitui uma tecnologia promissora, pois é um tipo de comunicação direta e utiliza baixa potência entre dispositivos próximos, permitindo-se desviar o tráfego da rede móvel, aumentar a eficiência espectral e de potência. Do ponto de vista do assinante, D2D significa usar aplicação sem problemas e aumentar o tempo de vida da bateria do celular. No entanto, a fim de realizar os ganhos potenciais das comunicações D2D, algumas questões-chave devem ser abordadas, pois as comunicações D2D podem aumentar a interferência co-canal e comprometer a qualidade do enlace das comunicações celulares. Esta dissertação foca em técnicas de Gerenciamento de Recursos de Rádio (do inglês, Radio Resource Management (RRM)) para mitigar a interferência co-canal para comunicações D2D que se baseiam na Evolução de Longo Prazo (do inglês, Long Term Evolution (LTE)), visando a redução da interferência intra- e inter-celular e na melhoria da eficiência energética. Os principais esquemas de Controle de Potência (do inglês, Power Control (PC)) (e.g. OLPC,CLPC e SDPC) e um esquema híbrido (CLSD) são calibrados e utilizados no cenário macro ou micro multicelular, usando diferentes cargas e Informação do Estado do Canal (do inglês, Channel State Information (CSI)) perfeita ou imperfeita. Além disso, o impacto da inclinação da antena (downtilt) é analisado, que é usada para ajustar o raio de cobertura de uma Evolved Node B (eNB) e reduzir a interferência co-canal, aumentando o isolamento de células. Os resultados numéricos indicam que os regimes de controle de potência e inclinação da antena, devidamente calibrados, podem fornecer ganhos para a comunicação celular e D2D. Em outras palavras, a tecnologia D2D pode ser utilizada para aumentar ainda mais a eficiência de espectro e a eficiência energética se algoritmos de RRM forem utilizados adequadamente.