No description available.

Στόχος της διπλωματικής αυτής είναι η παρουσίαση τεχνικών στα πλαίσια της Διαχείρισης Ραδιοπόρων με σκοπό την βελτιστοποίηση της παρεχόμενης υπηρεσίας (QoS), σε δίκτυα κινητής τηλεφωνίας 3ης γενιάς. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στα δίκτυα κινητών επικοινωνιών και μια ιστορική αναδρομή. Στη συνέχεια παρουσιάζεται μια επισκόπηση της τεχνολογίας του CDMA και γίνεται καταγραφή και ανάλυση τεχνικών RRM. Στο σύστημα UMTS είναι αφιερωμένο ολόκληρο το δεύτερο κεφάλαιο. Το UMTS εξετάζεται από πλευράς αρχιτεκτονικής και πρωτοκόλλων. Το handover ως βασικό στοιχείο της Διαχείρισης Ραδιοπόρων μελετάται στο τρίτο κεφάλαιο. Ιδιαίτερη αναφορά και μελέτη γίνεται για το Soft Handover, ως το βασικό Handover του συστήματος WCDMA, που χρησιμοποιείται προκειμένου να διασφαλιστεί η απαιτούμενη υπηρεσία. Στο τέταρτο κεφάλαιο περνάμε στην multicast μετάδοση. Σε αυτή την περίπτωση εξετάζουμε την αποδοτική επιλογή καναλιού (Efficient Channel Selection), με στόχο την διασφάλιση του ίδιου QoS για όσο το δυνατόν περισσότερους χρήστες κάνοντας την καλύτερη δυνατή διαχείριση των πόρων του συστήματος. Τέλος το πέμπτο κεφάλαιο αφιερώνεται στην συνολική παρουσίαση των συμπερασμάτων που έχουν εξαχθεί στα προηγούμενα κεφάλαια. / -

Η αυξημένη ζήτηση για λήψη δεδομένων της πολυμεσικής Broadcast/Multicast υπηρεσίας από τους χρήστες των δικτύων κινητών επικοινωνιών τρίτης γενιάς, απαιτεί την κατανάλωση μεγάλων ποσών ισχύος για την εξυπηρέτησή τους, ενώ η διαθέσιμη ισχύς των δικτύων είναι περιορισμένη. Με στόχο, την αποδοτικότερη χρήση των ποσών ισχύος του συστήματος, και την εξυπηρέτηση με τον τρόπο αυτό περισσότερων χρηστών, αλλά με ταυτόχρονη διατήρηση της ποιότητας της υπηρεσίας, έχουν προταθεί κάποιες τεχνικές οι οποίες οδηγούν σε μείωση της εκπεμπόμενης ισχύος. Στην διπλωματική αυτή εργασία, αναλύονται αρχικά τα δίκτυα τρίτης γενιάς καθώς και η πολυμεσική Broadcast/Multicast υπηρεσία. Στη συνέχεια, περιγράφονται όλες οι τεχνικές που έχουν προταθεί, και με την χρήση κατάλληλου λογισμικού προσομοιώνεται μία από τις τεχνικές αυτές. Τα ποσοστά μείωσης ισχύος, που προκύπτουν ως αποτελέσματα της προσομοίωσης αυτής, αποδεικνύουν την σημαντική μείωση της εκπεμπόμενης ισχύος που μπορεί να επιτευχθεί με την χρήση της τεχνικής αυτής. / The increased demand for data download of the Multimedia Broadcast/Multicast service by the users of the mobile third generation networks, requires the consumption of large power amounts for their service, while the available power of the networks is limited. With the view of more efficient usage of the system power resources, and the service in this way of more users, but with the simultaneous maintenance of the quality of service, they have been proposed some techniques which lead to the reduction of the transmitted power. In this work, initially, the third generation networks and the Multimedia Broadcast/Multicast service are being analyzed. Afterwards, all the techniques that they have been proposed are being described, and with the usage of the appropriate software, one of these techniques is being simulated. The power reduction percentages, that they come of as a result of this simulation, prove the significant transmitted power reduction, which can be achieved with the usage of this technique.

H υποστήριξη της τεχνολογίας των femtocells, σε περιβάλλον Long Term Evolution Advanced (LTE-A), δίνει ώθηση στο δυναμικό ερευνητικά πεδίο των ετερογενών δικτύων. Αν και προσφέρουν πολλαπλά πλεονεκτήματα, η συνύπαρξη ετερογενών σταθμών βάσεων δημιουργεί και μια σειρά τεχνικών προκλήσεων, με κυριότερη τη δημιουργία παρεμβολών που έχουν ως αποτέλεσμα την υποβάθμιση των παρεχόμενων υπηρεσιών. Στα πλαίσια της εργασίας αυτής παρουσιάζονται και αναλύονται μέθοδοι διαχείρισης ισχύος και κατανομής συχνοτήτων για την ακύρωση παρεμβολών, και αναπτύσσεται και προτείνεται ένα περιβάλλον προσομοίωσης ετερογενών LTE-A δικτύων. Ο προσομοιωτής επιτρέπει τη δημιουργία δισδιάστατης τοπολογίας με παράταξη femtocells πάνω από macrocell δίκτυο σε γραφικό περιβάλλον, την εξομοίωση των συνακόλουθων φαινομένων παρεμβολών και την πρόβλεψη και σύγκριση της απόδοσης του δικτύου μετά από την εφαρμογή διαφορετικών μοντέλων διαχείρισης ισχύος και σχημάτων κατανομής συχνοτήτων για την εξάλειψη των παρεμβολών. / Femtocells technology support, in Long Term Evolution Advanced (LTE-A) environments, promotes the dynamic research on the field of heterogeneous networks. While offering many advantages, the coexistence of heterogeneous base stations creates a number of technical challenges, the main of which is interference phenomena that lead to the degradation of service. In this work, we present and analyze methods of power management and frequency allocation for interference cancellation, and develop and propose a simulation environment for heterogeneous LTE-A networks. The simulator allows the creation of 2-D topologies with femtocells deployments over macrocell networks, the simulation of the resulting interference phenomena and the prediction and comparison of the network's performance after the application of different models of power management and frequency allocation schemes for interference cancellation.

Στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι ο κυψελοειδής σχεδιασμός ενός ασύρματου δικτύου κινητής τηλεφωνίας σε μια συγκεκριμένη γεωγραφική περιοχή με βάση το πρότυπο GSM και η μελέτη των χαρακτηριστικών του ασύρματου καναλιού επικοινωνίας. Στο πρώτο κεφάλαιο κεφάλαιο αναλύονται η βασική ιδέα του κυψελοειδούς σχεδιασμού, τα βήματα που ακολουθούνται για την πραγματοποίηση του και οι βασικές έννοιες των κυψελοειδών συστημάτων. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται ο τρόπος μοντελοποίησης του ασύρματου καναλιού με βάση τα προβλήματα που δημιουργούνται κατά τη διάδοση του σήματος μας και αναλύονται τα διάφορα στατιστικά μοντέλα που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή του ασύρματου καναλιού ανάλογα με τις συνθήκες κάτω από τις οποίες πρέπει να υφίστανται. Στο τρίτο περιγράφεται το πρότυπο GSM και πιο συγκεκριμένα η αρχιτεκτονική του και οι λειτουργίες που εκτελεί. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται ο σχεδιασμός του κυψελοειδούς μας δικτύου στη γεωγραφική περιοχή του δήμου Πατρέων και γίνεται μια εκτίμηση της λαμβανομένης ισχύος σύμφωνα με τα μοντέλα διάδοσης που χρησιμοποιούμε. / The main purpose of this thesis is the cellular design of a wireless mobile network in a specific geographic area based on the GSM standard and the research to the characteristics of the wireless communication channel. In the first chapter, the concept of cellular design , the steps followed for the realization and the basic characteristics of cellular systems are being held. In the second chapter, the modeling of wireless channel based on the problems created by signal propagationand various statistical models used to describe the wireless channel depending on the conditions under which they must exist are being held. In the third, the GSM standard is described and more specifically its architecture and the functions it performs. In the fourth chapter, the design of our cellular network in the geographical area of the municipality of Patras is made and estimation of the received power is made based on the models we use.

Κύριος στόχος της διπλωματικής αυτής εργασίας είναι η διερεύνηση τεχνικών βελτίωσης της προσφερόμενης ποιότητας υπηρεσιών (QoS) σε ένα περιβάλλον συνλειτουργίας πολλαπλών HAPs. Στο περιβάλλον αυτό έχουμε διαφορετικούς τύπους χρηστών που μοιράζονται την περιοχή κάλυψης και το εύρος ζώνης. Παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο της μελέτης αυτής που περιλαμβάνει τη θεωρία τηλεπικοινωνιακής κίνησης. Αναπτύσσουμε ένα αναλυτικό μοντέλο ώστε να περιγράψουμε το περιβάλλον συνλειτουργίας στο οποίο έχουμε δύο κατηγορίες χρηστών. Η μία κατηγορία αποτελείται από χρήστες που έχουν πλήρη πρόσβαση στα HAPs, ενώ η άλλη κατηγορία αποτελείται από χρήστες με περιορισμένη πρόσβαση στα HAPs. Για να επιτύχουμε αυτή τη βελτίωση του QoS εφαρμόζουμε διάφορους μηχανισμούς περιορισμού. Σκοπός μας είναι να περιοριστεί η πρόσβαση στους πόρους του καναλιού για τους χρήστες με πλήρη πρόσβαση στα HAPs, ώστε να υπάρχει μεγαλύτερη πιθανότητα πρόσβασης για τους χρήστες με περιορισμένη πρόσβαση στα HAPs. Παρουσιάζονται και αναλύονται διάφοροι περιορισμοί με στόχο την εύρεση του καταλληλότερου για την επίτευξη μιας ισορροπημένης και χαμηλής πιθανότητας απόρριψης κλήσης. Αναλύεται, επίσης, και επεξηγείται η παρουσία φαινομένων παρεμβολής και πολυόδευσης στο σύστημά μας καθώς και η εξοικονόμηση συχνοτήτων. / The main objective of this thesis is to investigate techniques for improvement the Quality of Service (QoS) in an environment of multiple HAPs. In this environment there are different user types which share coverage area and radio spectrum. It is presented the theoretical background of this study that includes theory telecommunication traffic. We develop an analytical model to describe system behavior of a coexistence scenario containing two user groups, which have full and limited HAP availability. In order to achieve this improvement of QoS, operate different restrictions. Our aim is to limit access to channel resources to users with full access to HAPs, so that there is a greater probability of access for users with limited access to HAPs. Different types of restriction function are analyzed trying to find the most suitable for achieving a balanced low probability performance to both user groups simultaneously. It is also explained the presence of interference, small-scale fading and saving frequencies.

Τη σημερινή εποχή γινόμαστε καθημερινά μάρτυρες μίας ταχέως αναπτυσσόμενης αγοράς, που δεν είναι άλλη από αυτή των κινητών πολυμεσικών εφαρμογών, όπως του Mobile TV και του Mobile Streaming. Υπηρεσίες όπως αυτές έχουν ή αναμένεται να έχουν υψηλή διείσδυση στη βιομηχανία της κινητής πολυμεσικής επικοινωνίας. Για να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις αυτών των υπηρεσιών για υψηλές ταχύτητες μετάδοσης, ο οργανισμός 3rd Generation Partnership Project (3GPP) ανέπτυξε το Long Term Evolution Advanced (LTE-A), μία τεχνολογία η οποία αποτελεί την εξέλιξη των κινητών τηλεπικοινωνιακών τεχνολογιών 3ης γενιάς. Το LTE-A χρησιμοποιεί την τεχνολογία Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA). Η συγκεκριμένη τεχνολογία μπορεί να προσφέρει νέες υψηλής χωρητικότητας ευρυζωνικές εφαρμογές και υπηρεσίες, ενώ παρέχει αποτελεσματική, από πλευράς κόστους, καθολική κάλυψη. Επιπλέον, ο οργανισμός 3GPP εισήγαγε την τεχνολογία Multimedia Broadcast / Multicast Service (MBMS), ως μέσο πανεκπομπής και πολυεκπομπής πληροφοριών στους χρήστες κινητών, με το Mobile TV να είναι η κύρια υπηρεσία που παρέχεται. Η υποδομή του LTE-A προσφέρει στο MBMS την επιλογή να χρησιμοποιήσει ένα uplink κανάλι για την αλληλεπίδραση μεταξύ της υπηρεσίας και του χρήστη, η οποία στα συνήθη δίκτυα πανεκπομπής δεν είναι απλό θέμα. Στο πλαίσιο των LTE-A συστημάτων, το MBMS έχει εξελιχθεί σε e-MBMS (το "e-" αντιστοιχεί στη λέξη evolved, δηλαδή εξελιγμένο). Αυτό θα επιτευχθεί μέσα από την αυξημένη απόδοση της ασύρματης διεπαφής που περιλαμβάνει μία νέα τεχνολογία μετάδοσης που ονομάζεται MBMS over Single Frequency Network (MBSFN). Κατά τη λειτουργία του MBSFN, τα MBMS δεδομένα μεταδίδονται ταυτόχρονα μέσω του αέρα από πολλαπλά κελιά τα οποία είναι αυστηρά χρονο-συγχρονισμένα. Το σύνολο των κελιών που λαμβάνουν αυτά τα δεδομένα, καλείται MBSFN περιοχή. Δεδομένου ότι οι MBSFN μεταδόσεις ενισχύουν σημαντικά το λόγο σήματος προς παρεμβολή και θόρυβο, μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντικές βελτιώσεις στη φασματική απόδοση σε σύγκριση με την πολυεκπομπή μέσω των συστημάτων 3ης γενιάς. Αυτό είναι εξαιρετικά επωφελές στα όρια των κελιών, όπου οι μεταδόσεις (που στα συστήματα 3ης γενιάς, όπως το Universal Mobile Telecommunications System - UMTS, θεωρούνται ως παρεμβολή) μεταφράζονται σε χρήσιμη ενέργεια σήματος και ως εκ τούτου η ισχύς του λαμβανόμενου σήματος είναι αυξημένη, ενώ την ίδια στιγμή η ισχύς παρεμβολής μειώνεται σε μεγάλο βαθμό. Για να αξιοποιηθούν πλήρως τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας MBSFN και να βελτιωθεί η φασματική απόδοση, θα πρέπει να επιλεχθεί με προσοχή το σχήμα διαμόρφωσης και κωδικοποίησης για τη μετάδοση των δεδομένων. Η σχέση μεταξύ της απόδοσης του MBSFN και της επιλογής του σχήματος διαμόρφωσης και κωδικοποίησης έχει μελετηθεί διεξοδικά σε προηγούμενες ερευνητικές εργασίες. Ωστόσο οι περισσότερες (αν όχι όλες) από τις εργασίες αυτές επικεντρώνονται μόνο στην πλευρά των χρηστών και ως εκ τούτου δεν μπορούν να θεωρηθούν πλήρεις. Μερικές φορές ο στόχος του παρόχου μπορεί να είναι η μεγιστοποίηση της φασματικής απόδοσης σε όλους τους χρήστες της τοπολογίας ή η παροχή της υπηρεσίας σε όλους τους χρήστες ανεξάρτητα από τις συνθήκες που βιώνουν. Επίσης, οι περισσότερες από αυτές τις εργασίες καθορίζουν το σχήμα διαμόρφωσης και κωδικοποίησης κατά τις MBSFN μεταδόσεις εξετάζοντας μόνο την περίπτωση της μετάδοσης από ένα πομπό σε ένα δέκτη και δεν εξετάζουν τα οφέλη που μπορούν να προσφέρουν οι τεχνικές Multiple Input Multiple Output (MIMO) στη συνολική απόδοση του συστήματος. Ο στόχος της παρούσας εργασίας είναι να επεκτείνει τις προηγούμενες ερευνητικές εργασίες και, επιπλέον, να προτείνει μια λύση στο πρόβλημα της επιλογής του σχήματος διαμόρφωσης και κωδικοποίησης. Προς την κατεύθυνση αυτή, αναλύουμε πρώτα μία διαδικασία τριών βημάτων η οποία επιλέγει το σχήμα διαμόρφωσης και κωδικοποίησης και υπολογίζει τη φασματική απόδοση στην περίπτωση ενός μόνο χρήστη. Στη συνέχεια, ακολουθεί η γενίκευση της υπόθεσης ενός χρήστη και προτείνονται τρεις προσεγγίσεις που επιλέγουν το σχήμα κωδικοποίησης για την μετάδοση των MBSFN δεδομένων σε σενάρια πολλαπλών χρηστών. Οι προσεγγίσεις αξιολογούνται για τρεις διαφορετικούς τρόπους μετάδοσης, έτσι ώστε να εξεταστεί η επίδραση των τεχνικών MIMO στην επιλογή σχήματος διαμόρφωσης για διαφορετικές κατανομές χρηστών. Τα αποτελέσματα της αξιολόγησης δείχνουν ότι, ανάλογα με το στόχο που έχει θέσει ο πάροχος (π.χ. μεγιστοποίηση της φασματικής απόδοσης ή επίτευξη μίας συγκεκριμένης τιμής φασματικής απόδοσης) κάθε προσέγγιση θα μπορούσε να οδηγήσει σε βελτιωμένη απόδοση. / Today we are witnesses of a rapidly increasing market for mobile multimedia applications, such as Mobile TV and Mobile Streaming. Services like these have or are expected to have high penetration in the mobile multimedia communications industry. In order to confront such high requirements for services that demand higher data rates, the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) developed the Long Term Evolution Advanced (LTE-A) technology which constitutes the evolution of the 3rd Generation (3G) mobile telecommunications technologies. LTE-A utilizes Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA). This radio technology is optimized to enhance networks by enabling new high capacity mobile broadband applications and services, while providing cost efficient ubiquitous mobile coverage. In addition, 3GPP has introduced the Multimedia Broadcast/Multicast Service (MBMS) as a means to broadcast and multicast information to mobile users, with Mobile TV being the main service offered. LTE-A infrastructure offers to MBMS an option to use an uplink channel for interaction between the service and the user, which is not a straightforward issue in usual broadcast networks. In the context of LTE-A systems, the MBMS will evolve into e-MBMS (“e-” stands for evolved). This will be achieved through the increased performance of the air interface that will include a new transmission scheme called MBMS over Single Frequency Network (MBSFN). In MBSFN operation, MBMS data are transmitted simultaneously over the air from multiple tightly time-synchronized cells. A group of those cells, which are targeted to receive these data, is called MBSFN area. Since the MBSFN transmission greatly enhances the Signal to Interference plus Noise Ratio (SINR), the MBSFN transmission mode leads to significant improvements in Spectral Efficiency (SE) in comparison to multicasting over 3G systems. This is extremely beneficial at the cell edge, where transmissions (which in 3G systems, like Universal Mobile Telecommunications System - UMTS, are considered as inter-cell interference) are translated into useful signal energy and hence the received signal strength is increased, while at the same time the interference power is largely reduced. In order to fully exploit the benefits of MBSFN and to improve its performance in terms of SE, the Modulation and Coding Scheme (MCS) for the transmission of the data should be carefully selected. The relationship between MBSFN performance and MCS selection has been thoroughly studied in previous research works; however most (if not all) of these works focus only on the users’ side and therefore may not be sufficient. Sometimes the operator’s goal may be the maximization of the SE over all users of the topology or the provision of the service to all the users irrespectively of the conditions that they experience. In addition, most of these works determine the MCS scheme for MBSFN considering only the case of single antenna transmissions and they do not examine the benefits that Multiple Input Multiple Output (MIMO) transmissions may offer on the overall performance. The goal of this thesis is to extend the previous research works and, furthermore, to tackle the problems addressed. To this direction, we first analyze a 3-step procedure that selects the MCS and calculates the SE in the case of a single user. Then, we generalize the single-user case and we propose three approaches that select the MCS for the delivery of the MBSFN data in multiple-users scenarios. The approaches are evaluated for three different transmission modes, so as to examine the impact of multiple antennas techniques on the MCS selection, and for different users’ distributions. The evaluation results indicate that depending on the target that the operator may set (i.e. SE maximization or achievement of a specific SE) each approach could lead to improved performance.

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των μεθόδων βελτιστοποίησης της ποιότητας των παρεχομένων υπηρεσιών των δικτύων κυτταρικής τηλεφωνίας τρίτης γενιάς σε διαλειπτικό περιβάλλον. Αρχικά γίνεται μια σύντομη ιστορική αναδρομή στην εξέλιξη των συστημάτων κινητών επικοινωνιών και παρουσιάζεται το σημαντικότερο πρότυπο τρίτης γενιάς, το UMTS και τα ιδιαίτερα τεχνικά χαρακτηριστικά του. Στην συνέχεια αναλύεται το LTE το οποίο αποτελεί την τελευταία εξέλιξη των δικτύων τρίτης γενιάς και αναμένεται να αντικαταστήσει το UMTS στο άμεσο μέλλον αποτελώντας στην πραγματικότητα τον πρόδρομο των συστημάτων τέταρτης γενιάς. Στην συνέχεια εστιάζουμε στα διαλειπτικά κανάλια αναλύοντας τα φαινόμενα που παρατηρούνται σε αυτά και τα στατιστικά μοντέλα μέσα από τα οποία περιγράφονται. Παράλληλα διερευνάται η επίδραση των φαινομένων αυτών (θετική ή αρνητική) στο QoS των δικτύων τρίτης γενιάς βάσει των χαρακτηριστικών τους (όπως παρουσιάστηκαν στο κεφάλαιο 1) και οι δυνατότητες για περαιτέρω βελτιστοποίηση κατα τον σχεδιασμό των δικτύων και την σωστή εκμετάλλευση των χαρακτηριστικών του περιβάλλοντος όδευσης. Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται στα μοντέλα εσωτερικού χώρου λόγω του μεγάλου φορτίου κίνησης που καλούνται να εξυπηρετήσουν. Στο τελευταίο μέρος παρουσιάζεται η διαδικασία παραμετροποίησης κάποιων σημαντικών μοντέλων και τα αποτελέσματα των εξομοιώσεων που έγιναν στον χώρο του κτηρίου των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών. / The subject of this diploma thesis is the study of the optimization techniques of the quality of service for third generation cellular telephony networks in fading enviroment. After a short presentation of the evolution of the systems of wireless telecommunications, it is discussed UMTS the most important third generation system which dominated the european market and its technical features. LTE is also introduced, the system which is expected to replace UMTS in the near future while being the predecessor of the fourth generation systems. Then we focus on the fading channels analysing the phenomena wich are related to them and analysing the statistical models that describe them. It is also studied the effect (positive or negative) of these phenomena on the QoS of the third generation networks and the optimization methods which can be applied during the network designing process with special reference to the indoor propagation models because of the big amount of traffic load that they are asked to serve. At the last chapter of the thesis there is a presentation of the parameter setting procedure for some important models and the outcomes of the simulation that took place in the building of Electronic Engineering.