CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Ericsson Brasil / O aumento da demanda por serviÃos ricos em multimÃdia e a escassez do espectro eletromagnÃtico tÃm motivado a pesquisa de tecnologias capazes de aumentar a capacidade
de sistemas sem fio sem requerer espectro adicional.
Nesse contexto, comunicaÃÃes Dispositivo-a-Dispositivo (D2D, do inglÃs Device-to-Device) representam uma tecnologia promissora. Ao permitir comunicaÃÃo direta e de baixa potÃncia entre os dispositivos, comunicaÃÃes D2D levam a um maior e mais inteligente reuso dos recursos de rÃdio, permitindo um descongestionamento da rede de transporte de dados. Como resultado, a capacidade total do sistema e especialmente a eficiÃncia espectral sÃo aumentadas; e a proximidade entre os dispositivos permitem transferÃncias de dados com baixo atraso e altas taxas de dados, sem requerer potÃncia extra da bateria dos dispositivos.
Entretanto, com o objetivo de tornar real os potenciais ganhos de comunicaÃÃes D2D como uma rede secundÃria da celular (primÃria), algumas questÃes chave precisam ser controladas. Assumindo que os dispositivos se comunicando estÃo cientes um do outro, a condiÃÃo do enlace (canal) deve ser avaliada. Caso seja benÃfica, tÃcnicas de GestÃo de recursos de rÃdio (RRM, do inglÃs Radio Resource Management) sÃo empregadas para que a interferÃncia co-canal causada nos dispositivos celulares seja mitigada. Tais tÃcnicas podem ser resumidas como: agrupamento, seleÃÃo de modo e controle de potÃncia.
Nessa dissertaÃÃo, eu foco a minha atenÃÃo para RRM em comunicaÃÃes D2D subjacentes a redes LTE, e para as principais tÃcnicas de RRM para mitigar a interferÃncia co-canal. Objetivando a reduÃÃo da interferÃncia intra-celular e na melhoria da eficiÃncia espectral, eu formulo um problema conjunto de agrupamento e controle de potÃncia. Entretanto,
devido à sua complexidade eu proponho mÃtodos sub-Ãtimos para agrupar usuÃrios celulares e D2D com o objetivo de minimizar a interferÃncia intra-celular, levando em conta a
ortogonalidade espacial entre os usuÃrios que compartilham o recurso. AlÃm disso, eu analiso mÃtodos para decidir se um candidato D2D deveria se comunicar diretamente ou de modo
convencional atravÃs da estaÃÃo rÃdio-base (eNB, do inglÃs Evolved Node B). Os resultados mostram que comunicaÃÃes D2D conseguem melhorar a eficiÃncia espectral do sistema e
que a maioria dos ganhos pode ser alcanÃada agrupando de forma adequada os usuÃrios para compartilhar recursos baseando-se em projeÃÃes sucessivas e ortogonais, assim como combinando diferentes mÃtricas de compatibilidade espacial.
AlÃm disso, nessa dissertaÃÃo eu argumento que tecnologias D2D podem ser usadas para aumentar ainda mais a eficiÃncia espectral e energÃtica se os parÃmetros chave dos algoritmos
de RRM forem adequadamente estendidos para comunicaÃÃes D2D em mÃltiplos saltos. Especificamente, eu proponho um novo algoritmo distribuÃdo de controle de potÃncia baseado
em maximizaÃÃo da utilidade que à capaz de equilibrar eficiÃncia espectral e energÃtica, enquanto leva em consideraÃÃo a seleÃÃo de modo e restriÃÃes na alocaÃÃo de recursos inerentes à integraÃÃo do ambiente celular-D2D. Os resultados numÃricos mostram que comunicaÃÃes D2D em mÃltiplos saltos combinadas com o algoritmo de controle de potÃncia proposto sÃo Ãteis nÃo apenas para colher os potenciais ganhos identificados na literatura, mas tambÃm para estender a cobertura de redes celulares. / The increasing demand for fast multimedia services and the scarcity of electromagnetic spectrum has motivated the research of technologies able to increase the capacity of wireless systems without requiring additional spectrum.
In this context, Device-to-Device (D2D) communication represents a promising technology. By enabling direct and low-power communication among devices, D2D communication leads to an increased and intelligent spatial reuse of radio resources allowing to offload the data transport network. As a result, the overall system capacity and specially the spectral efficiency is increased; and the proximity between devices allows data transfer with low delays and high rates without requiring extra
power from devicesâ batteries.
However, in order to realize the potential gains of D2D communications as a secondary network of the cellular (primary) one, some key issues must be tackled. Assuming that the communicating devices are aware of each other, the actual link (channel) conditions must be evaluated. If beneficial, Radio Resource Management (RRM) techniques would be employed so that the co-channel interference caused in cellular devices would be mitigated. Such
techniques may be summarized as: grouping, mode selection, and power control.
In this thesis, I focus my attention on the RRM for D2D communications underlaying a Long Term Evolution (LTE)-like network, and the main RRM techniques to mitigate the co-channel interference. Aiming at the reduction of the intra-cell interference and at the improvement of spectral efficiency, I formulate a joint grouping and power allocation problem. However, due to its complexity I propose suboptimal methods to group cellular and D2D User
Equipments (UEs) with the goal of minimizing intra-cell interference, taking into account spatial orthogonality between the UEs that share the same resources. In addition, I analyze methods to decide if D2D-capable UEs should communicate directly to one another or in the conventional way via the Evolved Node B (eNB). The results show that D2D communications can improve the spectral efficiency of the system and that most of this improvement can be achieved by suitably grouping the UEs for sharing resources based on successive orthogonal projections and matching different spatial compatibility metrics.
Moreover, in this thesis I argue that D2D technology can be used to further increase the spectral and energy efficiency if the key D2D RRM algorithms are suitably extended to support network assisted multi-hop D2D communications. Specifically I propose a novel, distributed utility maximizing power control (PC) scheme that is able to balance spectral and energy efficiency while taking into account mode selection and resource allocation constraints that are important in the integrated cellular-D2D environment. The analysis and numerical results indicate that multi-hop D2D communications combined with the proposed PC scheme can be useful not only for harvesting the potential gains previously identified in the literature, but also for extending the coverage of cellular networks.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:9050 |
| Date | 30 October 2014 |
| Creators | Josà Mairton Barros da Silva Junior |
| Contributors | TarcÃsio Ferreira Maciel, GÃbor Fodor, Yuri Carvalho Barbosa Silva, Francisco Rafael Marques Lima, JoÃo Paulo Cruz Lopes Miranda |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em Engenharia de TeleinformÃtica, UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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