System Level Modeling and Optimization of the LTE Downlink

KurzfassungDie vorliegende Arbeit präsentiert den Entwurf und die Anwendung eines Link-zu-System Modells (L2S), das es erlaubt, die Durchsatzleistung in der Abwärtsstreckevon zellularen Funknetzen basierend auf den 3GPP Standards vorauszusagen. Zieldes L2S Modells ist es die physikalische Übertragungsebene mit geringerer Komplexitätals im Link-Level Fall genauestens zu abstrahieren, somit also die Simulationszeitendramatisch zu reduzieren. Die Arbeit ist in vier Teile gegliedert. Zunächstwerden die benötigten Grundlagen des Long Term Evolution (LTE) Standards vorgestellt,gefolgt vom Link-Abstaktionsmodell. Erweiterungen für das L2S Modell fürHybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ) und ungenauer Kanalinformation werdenim dritten Teil erläutert. Im letzten Kapitel wird das Leistungsvermögen beiFractional Frequency Reuse (FFR) mithilfe des vorgeschlagenen Modells ermittelt.Das vorgeschlagene Link-Abstraktionsmodell verwendet einen Zero-Forcing Empfängerund basiert auf der Berechnung des Signal zu Interferenz- und Rauschverhaltens(SINR) hinter dem Entzerrer. Im Falle von Closed Loop Spatial Multiplexing(CLSM) Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Vorkodierung wird ein hohesSNR angenommen. Die Anwendung des präsentierten Modells erlaubt die Simulationvon Szenarien, die wesentlich komplexer sind, als jene die durch Link-Level Modelleberechenbar sind und dies zu einem Bruchteil der Komplexität. Das entworfeneModell kann die Duchsatzleistung der folgenden LTE Übertragungsmodi und Antennenkonfigurationenexakt schätzen und wurde gegenüber einer Link-Level Smulationvalidiert: Single Transmit Antenne mit MRC Empfänger, 2×2 Transmit Diversität,2×2,4×2 und 4×4 Open Loop Spatial Multiplexing (OLSM), sowie 2×2, 4×2 und4×4 CLSM.Die Matlab Implementierung des präsentierten Modells wurde in der vorliegendenArbeit durchgängig verwendet und wurde als Vienna LTE System Level Simulatormit dem gesamten Code freigegeben, um vollständige Reproduzierbarkeit zu gewährleisten.Bis März 2013 wurde der Simulator mehr als 22 000 mal heruntergeladen undwird sowohl von Universitäten als auch Industrie verwendet.iii