In dieser Arbeit wurde das Potential einer selbstorganisierenden Ressourcenvergabe fr auf der OFDM-bertragungstechnik basierende zellulare Mobilfunksysteme analysiert und ein SO-RRM-Konzept fr zuknftige 4G-Systeme vorgeschlagen. Die OFDM-bertragungstechnik bildet aufgrund ihrer Effizienz und Robustheit gegenber der Mehrwegeausbreitung realer Mobilfunkkanle die bertragungstechnische Grundlage. Der Systemvorschlag basiert auf einer zellbergreifenden Synchronisation aller BS und MS in Zeit und Trgerfrequenz. In einem vollstndig synchronisierten Funknetz entstehen zwar GKI, aber keine Nachbarkanalinterferenzen. Dadurch knnen die GKI zuverlssig gemessen und als Entscheidungskriterium fr die selbstorganisierende Ressourcenauswahl ausgewertet werden. Im vorgeschlagenen SO-RRM-System whlen die BS die fr die Versorgung der MS bentigten Ressourcen autonom aus. Die Auswahl basiert auf den in DL und UL durchgefhrten Messungen der Nutzsignalleistungen und der GKI. Hieraus werden die ressourcenspezifischen SINRs berechnet. Anschlieend werden die Ressourcen mit den hchsten SINRs ausgewhlt. Durch Anwendung einer Linkadaptionstechnik wird die Menge der ausgewhlten Ressourcen an die Kanalzustnde und an die Intensitt der gemessenen GKI angepasst. Die MS untersttzen den Auswahlprozess, indem sie eine Vorschlagsliste mit den im DL gemessenen GKI an die BS bermitteln. Die BS knnen die Ressourcenauswahl gemeinsam fr DL und UL durchfhren, indem sie ihre eigenen Ranglisten mit den Vorschlgen der MS verschmelzen. Alternativ kann die Ressourcenauswahl in DL und UL getrennt erfolgen. Eine Selbstorganisation bietet die maximale Flexibilitt beim Einsatz der knappen Funkressourcen. In einem SO-RRM-System hat jede BS Zugriff auf die gesamte Systembandbreite. Ressourcen knnen immer dort ausgewhlt werden, wo sie gerade bentigt werden. Hierdurch lassen sich asymmetrische Benutzeraufkommen wie z. B. Hot Spots hchst effizient versorgen. Zudem entfllt im Vergleich zu herkmmlichen Mobilfunksystemen der 2. und 3. Generation die Notwendigkeit einer statischen Vorausplanung des Ressourcenbedarfs und der von den Funkzellen belegten Frequenzbnder. SO-RRM bei konstanten Datenraten Zunchst wurde in Kapitel 7 die Bereitstellung konstanter Datenraten in UL und DL untersucht. In System-Level-Simulationen wurde gezeigt, dass die in dieser Arbeit vorgeschlagenen Auswahlalgorithmen zu einem stabilen Netzbetrieb fhren. Das SO-RRM-System wurde gegen ein Referenzsystem mit SRV verglichen. Bereits bei gleichmiger Verteilung der Benutzer im Versorgungsgebiet wurde mit SO-RRM eine hhere Effizienz erzielt. Seine eigentliche Strke zeigte das SO-RRM-System im Hot-Spot-Szenario. Whrend in einem SRV-System keinerlei Anpassungen an nderungen des Benutzeraufkommens mglich sind, knnen sich SO-RRM-Systeme flexibel an das tatschliche momentane Verkehrsaufkommen adaptieren. Hierdurch steigt die Effizienz des SO-RRM-Systems in asymmetrischen Vekehrsszenarien wie Hot Spots im Vergleich zu herkmmlichen SRVbasierten Konzepten betrchtlich an. Zur Bereitstellung konstanter Datenraten wurden sowohl eine gemeinsame als auch eine getrennte Ressourcenauswahl fr DL und UL analysiert. Die besseren Ergebnisse wurden zunchst bei gemeinsamer Auswahl der Ressourcen fr DL und UL erzielt. Eine getrennte Ressourcenauswahl ist dennoch sinnvoll, wenn in DL und UL unterschiedliche Datenraten bentigt werden. Es konnte gezeigt werden, dass durch eine berdeckung des Ressourcenbedarfs das Systemverhalten bei getrennter Auswahl verbessert werden kann. Mit dem Ressourcenberschuss knnen robustere PHY Modi angewendet werden. Dadurch werden die bertragungen robuster gegen mgliche Anstiege der GKI. SO-RRM im DL bei variablen Datenraten In Kapitel 8 wurde als zweiter Anwendungsfall die Versorgung mit variablen Datenraten im DL betrachtet. Dazu wurde eine in DL und UL getrennte Ressourcenauswahl durchgefhrt. Als Erweiterung des SO-RRM-Konzepts wurde fr den DL ein Protokoll vorgeschlagen, mit welchem alle fr den DL ausgewhlten Ressourcen bedarfsangepasst zwischen den MS umverteilt werden knnen. Das Konzept basiert darauf, dass sich hierdurch im DL die in den umliegenden Zellen wahrgenommenen GKI nicht ndern. Im erweiterten Konzept wird die Ressourcenauswahl ber den Ressourcendeckungsgrad gesteuert. Dieser wird in jedem Zugriffsrahmen durch einen Vergleich zwischen verfgbarer und bentigter Gesamtdatenrate bestimmt. Die Auswahl und Freigabe von Ressourcen erfolgt bei Unter- bzw. berschreitung vorgegebener Deckungsgradschwellen. Durch geeignete Wahl der Schwellen kann eine berdeckung des Ressourcenbedarfs erzielt werden. Eine solche Ressourcenexpansion erwies sich bereits bei der Versorgung mit konstanten Datenrate als effizienzsteigernd. Die Auftrittshufigkeiten von Auswahl- und Freigabeprozessen werden durch eine Ressourcenexpansion reduziert, sodass die gemessenen GKI ber einen lngeren Zeitraum konstant bleiben. Anhand von Rechnersimulationen wurde gezeigt, dass sich eine Ressourcenexpansion besonders bei niedriger und mittlerer Systemauslastung positiv auf alle relevanten QoS-Kennzahlen auswirkt. Bei hoher Systemauslastung jedoch sollte das Ausma der Ressourcenexpansion reduziert werden, damit zustzliche Benutzer mit den freiwerdenden Ressourcen versorgt werden knnen. Zu diesem Zweck wurden systemlastabhngige Deckungsgradschwellen eingesetzt. Als wesentliche Neuerung wurde eine Kopplung zwischen den beiden Prozessen Ressourcenauswahl und Ressourcenzuordnung eingefhrt. Die vom Makro-RRM ausgewhlten Ressourcen werden dem Mikro-RRM in einem Ressourcenpool zur Verfgung gestellt. Das Mikro-RRM ordnet den MS die im Pool befindlichen Ressourcen in jedem Zugriffsrahmen bedarfsangepasst zu. Anschlieend berechnet es den sich aus der aktuellen Zuordnung ergebenden Deckungsgrad und meldet diesen an das Makro-RRM zurck. Das Makro-RRM wiederum nutzt den rckgekoppelten Deckungsgrad als Stellgre fr seinen Ressourcenauswahlprozess. Fr die Zuordnung der Ressourcen wurde ein nutzenbasierter Scheduling-Algorithmus vorgeschlagen. Der Algorithmus bercksichtigt die Momentanzustnde sowohl der Paketwarteschlangen als auch der frequenzselektiven und zeitvarianten Funkkanle. Hierdurch kann die in den Funkzellen vorhandene MUD ausgenutzt und die Systemeffizienz gesteigert werden. Um Fairness zu gewhrleisten, wird das Prinzip vom abnehmenden Grenznutzen angewendet. Der Nutzen einer weiteren Ressource nimmt mit der Menge der Ressourcen ab, die einem Benutzer bereits zugeordnet wurden. Es zeigte sich, dass insbesondere die Auswertung der in den Paketwarteschlangen aufgelaufenen Wartezeiten fr eine bedarfsgerechte Zuordnung und fr die Fairness in der Zelle entscheidend ist. Durch die gleichzeitige Bercksichtigung der momentanen Kanalzustnde wird bei der nutzenbasierten Ressourcenzuordnung eine hohe Effizienz erreicht. Die Kopplung von Mikro- und Makro-RRM bewirkt eine stabile und effiziente Selbstorganisation auf Gesamtsystemebene und bietet einen effektiven Mechanismus zur Gewhrleistung des QoS bei variablen Datenraten.

Titel
Zur Ressourcenvergabe in einem selbstorganisierenden zellularen OFDM Mobilfunksystem
EAN
9783736930469
ISBN
978-3-7369-3046-9
Format
PDF
Herausgeber
Veröffentlichung
23.07.2009
Digitaler Kopierschutz
frei
Dateigrösse
1.77 MB
Anzahl Seiten
152
Jahr
2009
Untertitel
Deutsch