In this paper, we study the ON/OFF control policy of base stations in two-tier heterogeneous cellular networks to minimize the total power consumption of the system. Using heterogeneous cellular networks is a potential approach of providing higher throughput and coverage compared to conventional networks with only macrocell deployment, but in fact heterogeneous cellular networks often operates regardless of total power consumption, which is a very important issue of modern cellular networks. We propose a policy that controls the activation/deactivation of base stations in heterogeneous cellular networks to minimize total power consumption. Under this policy, the total power consumed can be significantly reduced when the traffic is low while the QoS requirement is satisfied.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.41
no.12
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pp.1721-1735
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2016
Power-efficient base station (BS) operation is one of the important issues in future green cellular networks. Previously well-known BS operation schemes, the cell zooming scheme and the cell wilting and blossoming scheme, require tight cooperation between cells in cellular networks. With the previous schemes, the non-cooperative BSs of a serving cell and neighboring cells could cause coverage holes between the cells, thereby seriously degrading the quality of service as well as the power saving efficiency of the cellular networks. In this paper, we propose a novel power-efficient BS operation scheme for green downlink heterogeneous cellular networks, in which the networks virtually adjust the coverage of a serving macrocell (SM) and neighboring macrocells (NMs) without adjusting the transmission power of the BSs when the SM is lightly loaded, and the networks turn off the BS of the SM when none of active users are associated with the SM. Simulation results show that our proposed scheme significantly improves the power saving efficiency without degrading the quality of service (e.g., system throughput) of a downlink heterogeneous LTE network and outperforms the previous schemes in terms of system throughput and power saving efficiency. In particular, with the proposed scheme, macrocells are able to operate independently without the cooperation of a SM and NMs for green heterogeneous cellular networks.
Proceedings of the Korea Multimedia Society Conference
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2012.05a
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pp.158-159
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2012
Heterogeneous cellular networks can provide high throughput and coverage compare to conventional networks of only macrocell deployment, however it operates regardless of total power consumption, which is a very important issue of modern cellular networks. We propose a policy that control the on/off state of base stations in heterogeneous networks according daily traffic profile. Under this policy, the total power consumed can be significantly reduced when the traffic is low while preserving QoS requirement.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.11
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pp.4405-4418
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2015
Different network provides different service. To maximize the profit, heterogeneous networks form a whole, which may either compete or cooperate with each other. In this paper, the healthcare monitor network architecture is introduced to build the competitive and cooperative mechanisms of heterogeneous networks which contain three networks, namely, cellular network, WLAN and WMAN. This paper considers the natural growth rate of the network with competitive and cooperative effects. Then, the stability of the proposed model and its equilibrium points are analyzed by the ordinary differential principle. Finally, simulation results show that the natural growth rate cannot increase the profit of the network, but effective cooperative among heterogeneous networks can increase the profit of each network, and competitive may decrease the profit of each network.
Lee, Hyung Yeol;Sang, Young Jin;Park, Jin Bae;Kim, Kwang Soon
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.38A
no.5
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pp.393-400
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2013
In conventional single-tier networks, downlink based association is the best association scheme for the uplink association because all macro base stations have the same physical specification. However, in uplink heterogeneous cellular networks, a downlink based cell association cannot be the best for uplink any more because of the difference of physical specification between the different base station. In this paper, we will propose a uplink based cell association scheme, and devise performance metric for describing a uplink performance in heterogeneous cellular networks. Then, we will discuss the necessity of the uplink based association by observing outage probability, delay constraint outage probability, delay constraint outage capacity.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.1
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pp.147-161
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2012
In recent years, machine-to-machine (M2M) communications are under rapid development to meet the fast-increasing requirements of multi-type wireless services and applications. In order to satisfy M2M communications requirements, heterogeneous networks convergence appears in many areas, i.e., mobile cellular networks (MCNs) and wireless sensor networks (WSNs) are evolving from heterogeneous to converged. In this paper, we introduce the system architecture and application requirement for converged MCN and WSN, where mobile terminals in MCN are acting as both sensor nodes and gateways for WSN. And then, we discuss the joint optimization of converged networks for M2M communications. Finally, we discuss the technical challenges in the converged process of MCN and WSN.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.5
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pp.2243-2257
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2019
A heterogeneous cellular network (HCN) is useful to increase the spectral and energy efficiency of wireless networks and to reduce the traffic load from the macro cell. The performance of the secondary user equipment (SUE) is affected by interference from the eNodeB (eNB) in a macro cell. To decrease the interference between the macro cell and the small cell, allocating resources properly is essential to an HCN. This study considers the scenario of a software-defined heterogeneous cellular network and performs the resource allocation process. First, we show the system model of HCN and formulate the optimization problem. The optimization problem is a complex process including power and frequency resource allocation, which imposes an extremely high complexity to the HCN. Therefore, a hierarchical resource allocation scheme is proposed, which including subchannel selection and a particle swarm optimization (PSO)-based power allocation algorithm. Simulation results show that the proposed hierarchical scheme is effective in improving the system capacity and energy efficiency.
In Long Term Evolution (LTE) cellular networks, the transmit power control (TPC) mechanism consists of two parts: the open loop (OL) and closed loop. Most cellular networks consider OL/TPC because of its simple implementation and low operation cost. The analysis of OL/TPC parameters is essential for efficient resource management from the cellular operator's viewpoint. In this work, the impact of the OL/TPC parameters is investigated for homogeneous small cells and heterogeneous small-cell/macrocell network environments. A mathematical model is derived to compute the transmit power at the user equipment, the received power at the eNodeB, the interference in the network, and the received signal-to-interference ratio. Using the analytical platform, the effects of the OL/TPC parameters on the system performance in LTE networks are investigated. Numerical results show that, in order to achieve the best performance, it is appropriate to choose ${\alpha}_{small}=1$ and $P_{o-small}=-100dBm$ in a homogenous small-cell network. Further, the selections of ${\alpha}_{small}=1$ and $P_{o-small}=-100dBm$ in the small cells and ${\alpha}_{macro}=0.8$ and $P_{o-macro}=-100dBm$ in the macrocells seem to be suitable for heterogeneous network deployment.
Journal of Advanced Information Technology and Convergence
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v.8
no.2
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pp.13-25
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2018
The paper analyzes the sum spectral efficiency (SE) for a heterogeneous cellular network (HetNet) which has the backhaul, provided with wireless full-duplex massive multiple-input multiple-out (MIMO) with hardware distortions. We derive approximate expressions to obtain the uplink/downlink sum SE of the backhaul. The analytic results have been shown to be exact when compared to Monte Carlo simulations. From the analysis, it is shown that the desired signal and the hardware distortion noise have the same order. The sum SE generally improves when the number of receive antennas increases but degrades when the hardware quality reduces. A sum SE performance ceiling is introduced by the hardware quality level.
Abdulkafi, Ayad A.;Kiong, Tiong S.;Sileh, Ibrahim K.;Chieng, David;Ghaleb, Abdulaziz
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.2
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pp.462-483
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2016
The research on optimization of cellular network's energy efficiency (EE) towards environmental and economic sustainability has attracted increasing attention recently. In this survey, we discuss the opportunities, trends and challenges of this challenging topic. Two major contributions are presented namely 1) survey of proposed energy efficiency metrics; 2) survey of proposed energy efficient solutions. We provide a broad overview of the state of-the-art energy efficient methods covering base station (BS) hardware design, network planning and deployment, and network management and operation stages. In order to further understand how EE is assessed and improved through the heterogeneous network (HetNet), BS's energy-awareness and several typical HetNet deployment scenarios such as macrocell-microcell and macrocell-picocell are presented. The analysis of different HetNet deployment scenarios gives insights towards a successful deployment of energy efficient cellular networks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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