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Autor: Ines Riedel
Titel: N-Fold Sectorization in the Light of Intra-Site Coordinated Multi-Point Transmission
Typ: Dissertation
Fachgebiet: Informationstechnik
Reihe: Mobile Nachrichtenübertragung, Nr.: 66
Auflage: 1
Sprache: Englisch
Erscheinungsdatum: 19.09.2014
Lieferstatus: lieferbar
Umfang: 162 Seiten
Bindung: Soft
Preis: 59,00 EUR
ISBN: 9783938860755
Umschlag: (vorn)
Inhaltsverzeichnis: (pdf)


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Abstrakt in Englisch

Mobile data communication has become ubiquitous during the last few years. To meet
the exponential growth of mobile data traffic, mobile network operators face the challenge
of significantly increasing their network capacity. Furthermore, the spatial distribution
of the available user data rates has to become more homogeneous to improve the user
experience. An increase in the number of base stations and coordinated multi-point
transmit and receive techniques are among the most promising concepts to accommodate
both objectives in sectorized cellular networks. This thesis focuses on the degrees-offreedom
in the design of sectorized cellular networks using so-called intra-site coordinated
multi-point transmission.
In order to investigate the degrees-of-freedom available, a generalized concept of modeling
such networks is proposed that can be used to analyze networks with arbitrary
extents of sectorization and overlapping coverage areas. Furthermore, an advanced threedimensional
base station antenna model is developed that allows tuning major antenna
radiation characteristics, and also incorporates an antenna gain formulation. To assess
the potential performance of sectorized cellular networks, transmission concepts with and
without intra-site base station cooperation are selected for a detailed analysis.
Based on this, the impact of the extent of sectorization and the impact of major antenna
radiation characteristics are evaluated through a system level analysis. The sensitivity to
non-full load and the impact of the degree of cooperation are analyzed as well. Moreover,
the results are extended to consider multi-antenna base stations. Thus, it is shown that
higher extents of sectorization can, indeed, improve the network performance. However,
for conventional non-cooperative transmission, this gain has to be compensated by a user
performance degradation. One of the key results is that the application of joint Wiener
filtering at 6-sector sites with 35° antennas already achieves 77% of the average network
throughput gain that can be obtained while switching from these 6-sector to 12-sector
sites with 17.5° antennas.
The last part of this thesis discusses practical implications of the theoretical results obtained.
One of these is the fact that intra-site cooperation renders 70° antennas, i.e.,
typical antennas for 3-sector sites, attractive even for cellular network designs with higher
extents of sectorization.
In general, it is found that intra-site cooperation in conjunction with higher extents of
sectorization is a suitable means to improve network and user throughput as well as the
spatial homogeneity of user data rates.

Abstrakt in Deutsch

Mobile Datenkommunikation ist in den letzten Jahren allgegenwärtig geworden. Um
dem exponentiellen Wachstum des mobilen Datenverkehrs gerecht zu werden, müssen
die Mobilfunkbetreiber ihre Netzkapazität signifikant zu erhöhen. Um darüber hinaus
das Nutzererlebnis zu verbessern, muss auch die flächige Verteilung des erreichbaren
Datendurchsatzes weiter homogenisiert werden. Eine Erhöhung der Anzahl der Basisstationen
sowie kooperative verteilte Sende- und Empfangsverfahren gehören zu den
vielversprechendsten Ansätzen, beiden Zielsetzungen gerecht zu werden. Die vorliegende
Arbeit untersucht die Gestaltungsmöglichkeiten sektorisierter zellularer Netzwerke angesichts
einer möglichen Kooperation von Basisstationen innerhalb eines gemeinsamen
Antennenstandortes.
Um die Freiheitsgrade der Netzwerkgestaltung untersuchen zu können, wird ein verallgemeinerter
Ansatz zur Modellierung dieser Netzwerke vorgeschlagen. Dieser Ansatz ermöglicht
die Untersuchung von Netzwerken mit einem beliebigen Grad der Sektorisierung
und überlappenden Abdeckungsgebieten. Darüber hinaus wird ein erweitertes dreidimensionales
Basisstations-Antennenmodell entwickelt, das die Variation wichtiger Antennencharakteristika
ermöglicht und den Antennengewinn berücksichtigt. Um die Leistungsfähigkeit
sektorisierter zellularer Netzwerke bewerten zu können, werden Übertragungskonzepte
mit und ohne Kooperation von Basisstationen für eine detaillierte Analyse
ausgewählt.
Basierend darauf, werden der Grad der Sektorisierung sowie wichtige Antennencharakteristika
hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf Systemebene analysiert. Des Weiteren werden
die Sensitivität gegenüber einer nicht vollen Systemauslastung und der Einfluss des
Kooperationsgrades diskutiert. Die gewonnenen Ergebnisse werden auf Systeme mit
Mehrantennen-Basisstationen erweitert. Es wird gezeigt, dass ein erhöhter Grad der Sektorisierung
tatsächlich den Netzwerkdurchsatz erhöhen kann. Dieser Gewinn geht jedoch
im Falle nichtkooperativer Übertragung mit einer Verschlechterung des Nutzerdurchsatzes
einher. Eine der Haupterkenntnisse dieser Arbeit ist, dass die gemeinsame Wiener Filterung
an einem 6-Sektor Standort mit 35° Antennen bereits 77% der Steigerung des
mittleren Netzwerkdurchsatzes erreicht, die durch den konventionellen Umbau zu einem
12-Sektor Standort mit 17.5° Antennen möglich ist.
Der letzte Abschnitt dieser Arbeit diskutiert praktische Schlussfolgerungen der theoretischen
Betrachtungen. Eine dieser Schlussfolgerungen ist, dass die Kooperation von
Basisstationen innerhalb eines gemeinsamen Antennenstandortes die Verwendung von 70°
Antennen, also typischen Antennen von 3-Sektor Standorten, auch für Antennenstandorte
mit einem höheren Grad der Sektorisierung attraktiv macht.
Insgesamt zeigt diese Arbeit, dass die Kooperation von Basisstationen innerhalb eines
gemeinsamen Antennenstandortes in Verbindung mit einem erhöhten Grad der Sektorisierung
eine geeignete Möglichkeit ist, sowohl den Netzwerk- und Nutzerdurchsatz
zu erhöhen, als auch die Homogenität der erreichbaren Nutzerdatenrate in der Fläche zu
verbessern.