The ability to seamlessly switch between the macro networks and femtocell networks is a key driver for femtocell network deployment. The handover procedures for the integrated femtocell/macrocell networks differ from the existing handovers. Some modifications of existing network and protocol architecture for the integration of femtocell networks with the existing macrocell networks are also essential. These modifications change the signal flow for handover procedures due to different 2-tier cell (macrocell and femtocell) environment. The handover between two networks should be performed with minimum signaling. A frequent and unnecessary handover is another problem for hierarchical femtocell/macrocell network environment that must be minimized. This work studies the details mobility management schemes for small and medium scale femtocell network deployment. To do that, firstly we present two different network architectures for small scale and medium scale WCDMA femtocell deployment. The details handover call flow for these two network architectures and CAC scheme to minimize the unnecessary handovers are proposed for the integrated femtocell/macrocell networks. The numerical analysis for the proposed M/M/N/N queuing scheme and the simulation results of the proposed CAC scheme demonstrate the handover call control performances for femtocell environment.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제5권3호
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pp.508-522
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2011
Femtocell is an economical solution to provide high speed indoor communication instead of the conventional macro-cellular networks. Especially, OFDMA femtocell is considered in the next generation cellular network such as 3GPP LTE and mobile WiMAX system. Although the femtocell has great advantages to accommodate indoor users, interference management problem is a critical issue to operate femtocell network. Existing OFDMA resource management algorithms only consider optimizing system-centric metric, and cannot manage the co-channel interference. Moreover, it is hard to cooperate with other femtocells to control the interference, since the self-configurable characteristics of femtocell. This paper proposes a novel interference-aware resource allocation algorithm for OFDMA femtocell networks. The proposed algorithm allocates resources according to a new objective function which reflects the effect of interference, and the heuristic algorithm is also introduced to reduce the complexity of the original problem. The Monte-Carlo simulation is performed to evaluate the performance of the proposed algorithm compared to the existing solutions.
Co-channel interference between macro-femtocell networks is an unresolved problem, due to the frequency reuse phenomenon. To mitigate such interference, a secondary femtocell must acquire channel-state knowledge about a co-channel macrocell user and accordingly condition the maximum transmit power of femtocell user. This paper proposes a pilot-based spectrum sensing (PSS) algorithm for overlaid femtocell networks to sense the presence of a macrocell user over a channel of interest. The PSS algorithm senses the pilot tones in the received signal through the power level and the correlation metric comparisons between the received signal and the local reference pilots. On ensuring the existence of a co-channel macrocell user, the maximum transmit power of the corresponding femtocell user is optimized so as to avoid interference. Time and frequency offsets are carefully handled in our proposal. Simulation results show that the PSS algorithm outperforms existing sensing techniques, even at poor received signal quality. It requires less sensing time and provides better detection probability over existing techniques.
최근 들어 실내에서의 고속 무선 통신과 음영지역 해소를 위한 해결책의 하나로 옥내용 기지국인 펨토셀(femtocell)을 활용하는 계층구조 방안이 제시되고 있으며, 이동통신 표준화 단체에서 관련 이슈에 대한 표준화 작업이 활발히 진행되고 있다. 그러나 펨토셀 환경에서 발생할 수 있는 여러 가지 기술적 문제들이 존재하며 그 중 가장 중요한 문제가 간섭으로 인한 시스템의 열화이다. 따라서 전체 시스템의 안정적이고 효율적인 운용을 위해 펨토셀 환경에서의 상호 간섭과 이에 따른 시스템 성능 분석이 요구된다. 본 고에서는 펨토셀 설치 주변의 다양한 전파 환경을 고려하여 매크로셀(macrocell)이나 펨토셀간 상호 간섭에 따른 시스템 용량 및 서비스 영역을 살펴본다. 특히 펨토셀의 주 설치 지역이 되는 실내 환경에서 매크로셀과 펨토셀간의 거리, 펨토셀 내에서 사용자의 위치, 옥내 구조물의 특징 등을 반영한 의전파전파 모델을 적용하고 그에 따른 주파수 효율성과 서비스 반경 등의 시스템 성능을 분석한다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제8권4호
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pp.1424-1441
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2014
Two-tier femtocell networks, consisting of a conventional cellular network underlaid with femtocell hotspots, play an important role in the indoor coverage and capacity of cellular networks. However, the cross- and co-tier interference will cause an unacceptable quality of service (QoS) for users with universal frequency reuse. In this paper, we propose a novel downlink interference mitigation strategy for spectrum-shared two-tier femtocell networks. The proposed solution is composed of three parts. The first is femtocells clustering, which maximizes the distance between femtocells using the same slot resource to mitigate co-tier interference. The second is to assign macrocell users (MUEs) to clusters by max-min criterion, by which each MUE can avoid using the same resource as the nearest femtocell. The third is a novel adaptive power control scheme with femtocells downlink transmit power adjusted adaptively based on the signal to interference plus noise ratio (SINR) level of neighboring users. Simulation results show that the proposed scheme can effectively increase the successful transmission ratio and ergodic capacity of femtocells, while guaranteeing QoS of the macrocell.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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제3권5호
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pp.275-284
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2014
This paper considers two-tier networks consisting of macrocells and femtocells operating in the same spectrum. This paper proposes a femtocell spectrum reuse scheme that determines the shared spectrum and transmit power for the femtocells to mitigate the effects of cross-tier interference between the macrocells and femtocells. The proposed scheme provides macrocell throughput that is unaffected by the increasing number of femtocells per cell site and improves the femtocell signal quality at the same time by limiting the cross-tier interference. This study analyzed the per-tier signal-to-interference ratio (SIR) and outage probability of the proposed scheme to investigate the macrocell and femtocell performance. The total throughput of the proposed scheme was analyzed based on the outage probabilities. The analysis and numerical results proved that high femtocell throughput can be achieved using only a small fraction of the spectrum while protecting the macrocell throughput. As a result, an improved total throughput was achieved enforcing higher spatial reuse.
본 논문에서는 차세대 이종망 환경에서 펨토셀이 자율적으로 커버리지를 조절하는 방안을 제안한다. 펨토셀의 커버리지가 펨토셀이 설치된 실내 영역보다 큰 경우 펨토셀 커버리지를 통과하는 실외 단말에 의해 핸드오버 요청이 발생하여 불필요한 signaling을 증가시키고 이에 따라 overhead가 커지게 된다. 펨토셀의 커버리지가 펨토셀이 설치된 실내 영역보다 작은 경우 실내에 위치한 단말이 펨토셀에 연결되지 못하는 문제가 발생한다. 따라서 본 논문에서는 펨토셀 커버리지가 실내영역과 일치하도록 자율적으로 전송 전력을 조절하는 방법을 제안한다. 제안 기법은 펨토셀이 스스로 얻을 수 있는 정보인 핸드오버 요청 및 단말의 펨토셀에 대한 결합등록(membership) 여부를 이용함으로써 자율적인 커버리지 조절을 가능 하게 한다. 제안 기법의 성능 분석을 위해 먼저 커버리지를 실내영역과 일치시키는 펨토셀 전송 전력의 이론값을 도출한다. 이후 제안 기법을 모의실험에 적용하여 분석한 결과에서 펨토셀의 전송 전력이 자율적으로 조절되어 이론값으로 수렴함을 보인다.
This paper proposes a utility-based data rate allocation algorithm to provide high-quality mobile video streaming over femtocell networks. We first derive a utility function to calculate the optimal data rates for maximizing the aggregate utilities of all mobile users in the femtocell. The total sum of optimal data rates is limited by the link capacity of the backhaul connections. Furthermore, electromagnetic cross-talk poses a serious problem for the backhaul connections, and its influence passes on to mobile users, as well as causing data rate degradation in the femtocell networks. We also have studied a fixed margin iterative water-filling algorithm to achieve the target data rate of each backhaul connection as a counter-measure to the cross-talk problem. The results of our simulation show that the algorithm is capable of minimizing the transmission power of backhaul connections while guaranteeing a high overall quality of service for all users of the same binder. In particular, it can provide the target data rate required to maximize user satisfaction with the mobile video streaming service over the femtocell networks.
International Journal of Computer Science & Network Security
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제22권4호
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pp.292-298
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2022
Femtocell networks can be a potential method for increasing the capacity of LTE networks, especially in indoor areas. However, unplanned deployment of femtocells results in co-tier interference and cross-tier interference problems. The interference reduces the advantages of implementing femtocell networks to a certain extent. The notion of Fractional Frequency Reuse (FFR) is proposed in order to reduce the impact of interference on the system's performance. In this paper, a dynamic approach for efficiently partitioning the spectrum is suggested. The goal is to enhance the capacity of femtocells, which will improve the performance of the system. The suggested strategy allocates less resources to the macrocell portion of the network, which has a greater number of femtocells deployed to maximize the utilization of available resources for femtocell users. The spectrum division would be dynamic. The proposed strategy is evaluated through a simulation using MATLAB tool. In conclusion, the results showed that the proposed scheme has the potential to boost the system's capacity.
본 논문에서는 단일 주파수 이기종 셀룰러 네트워크에서 매크로셀 사용자로 인해 발생하는 간섭을 회피하여 펨토셀 상향링크 성능을 향상시키는 기법을 제안한다. 매크로셀 사용자가 펨토셀 기지국 주변에 존재할 경우 매크로셀 사용자의 송신 전력이 펨토셀에 심각한 간섭으로 영향을 주어 펨토셀 상향링크 성능이 열화된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 논문에서는 매크로셀 사용자로 부터 극심한 간섭을 받는 펨토셀 기지국은 상하향링크 프레임 위치를 서로 변경한 뒤, 매크로셀 사용자의 데이터를 중계 기법을 통하여 매크로셀 기지국으로 전송하는 기법을 제안한다. 제안한 방식의 펨토셀 상향링크 시간 동안 펨토셀과 매크로셀 사용자가 시간을 나누어 펨토셀 기지국으로 전송하고 하향링크 시간 동안 중첩 부호화 기술을 사용하여 펨토셀 사용자와 매크로 사용자의 데이터를 동시에 전송하게 된다. 본 논문에서는 모의실험을 통하여 제안한 방식이 펨토셀 상하향링크의 성능개선에 효과가 있음을 확인할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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