Contribution to wireless access optimization and dynamic enhancement of WCDMA networks

Resumen

El despliegue de las redes celulares 3G/3.5G plantea un reto a las estrategias de planificación y optimización radio tradicionales. A diferencia de los sistemas 2G FDMA, cobertura y capacidad están estrechamente ligadas y deben ser tratadas conjuntamente. Además, están presentes nuevos y más sofisticados algoritmos de gestión de recursos radio (RRM) así como una concepción de red más flexible, con múltiples parámetros interdependientes con ajuste no trivial. Un nuevo paradigma de planificación radio aparece y la red se optimiza mediante complejos algoritmos ya sea estática o dinámicamente. Esta tesis doctoral supone una contribución a la optimización de las redes de acceso radio en sistemas 3G/3.5G. Varios aspectos susceptibles de mejorar la planificación han sido investigados y nuevos métodos, directrices y estrategias de análisis se proponen con el objetivo final de mejorar el rendimiento del sistema. También se han diseñado y estudiado mecanismos dinámicos que se encuentran en la frontera difusa entre la planificación y la RRM. La 1ª parte de la tesis trata la configuración de las estaciones base. El impacto de las potencias piloto, inclinación de antenas y sus interacciones con parámetros de soft handover son investigados. Se hace énfasis en los efectos más allá de los conocidos y se derivan reglas para su ajuste. A partir de los resultados, se propone una estrategia para su Planificación Automática. El objetivo final es encontrar una combinación tal que el tráfico sea ecualizado de manera efectiva entre las celdas e incrementar la capacidad del sistema. La técnica se basa en la metaheurística Simulated Annealing y es capaz de mejorar el rendimiento global de la red, representado por una función de coste con información sobre el factor de carga y sujeta a otras condiciones de calidad. La importancia de los requisitos que impone el UL, a menudo olvidados en propuestas anteriores, también se ha incluido y estudiado analíticamente. La reconfiguración de las base no es el único medio para modificar la cobertura de las celdas, en este sentido el estudio se amplía mediante la introducción de repetidores, que permiten la generación de celdas distribuidas. En este caso la planificación es más compleja debido a la aparición de nuevos efectos que no se daban en las redes clásicas 2G FDMA. La mayoría de los trabajos que tratan con repetidores tienden a ignorarlos. Por ello, la investigación se centró en el modelado y cuantificación de su impacto así como en derivar directrices de planificación. Se ha obtenido analíticamente la nueva expresión que define la región de admisión y se concluye que existe un compromiso entre capacidad y cobertura, analizado tanto teóricamente como mediante simulación. Ciertos parámetros presentan un impacto importante y se han estudiado para obtener reglas prácticas de ajuste. La variación de cobertura en la celda padre antes y después de la instalación de repetidores también ha sido modelada. Posteriormente, se propone una nueva metodología para analizar estos despliegues, teniendo en cuenta de manera realista los retardos de propagación y el comportamiento del receptor Rake. Esto permite un análisis superior con respecto a enfoques tradicionales que, en determinadas circunstancias, tienden a ofrecer cifras erróneamente optimistas. La última parte de la tesis da un paso más en la Planificación Automática y se proponen y validan 2 mecanismos dinámicos que permiten a la red reaccionar y auto-optimizarse frente a cambios en las condiciones de tráfico. El primero, basado en conclusiones anteriores, persigue detectar si uno de los enlaces presenta problemas de capacidad y, en caso afirmativo, favorecerlo para retrasar los mecanismos de control de congestión. Por último, se introduce la tecnología HSDPA y, después de analizar los recursos que deben ser compartidos con versiones previas de UMTS, se concluye que es deseable un sistema para la gestión dinámica del árbol de códigos OVSF. Se propone y valida un mecanismo que maximiza el throughput de las celdas, garantizando al mismo tiempo criterios de bloqueo y dropping.