| TAZ-PFC-2013-673 |
Energy efficient Scheduling for LTE Uplink
Sen Abad, Víctor
Schwarz, Stefan (dir.) ; Markus, Rupp (dir.)
Hernández Solana, María Ángela (ponente)
Universidad de Zaragoza,
EINA,
2013
Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones, Área de Ingeniería Telemática
Ingeniero de Telecomunicación
Resumen: En un escenario donde el número de usuarios de dispositivos móviles crece exponencialmente, las nuevas generaciones de sistemas de comunicaciones móviles como Long Term Evolution (LTE) han sido diseñadas para proveer a dichos usuarios de tasas de datos más altas con retardos más pequeños y de esta manera posibilitar un gran número de servicios y aplicaciones en los dispositivos móviles. El desarrollo de nuevos y exigentes servicios como video streaming y real-time gaming requiere soporte para Calidad de Servicio (Quality of Service: QoS) así como un incremento de la capacidad. Por otro lado, este aumento del número de servicios y componentes con altas prestaciones no vienen acompañados de una mejora al mismo nivel en el desarrollo en las baterías, por esa razón, la eficiencia energética se ha convertido en una cuestión crucial. El objetivo de este proyecto es el diseño energéticamente eficiente de un algoritmo de scheduling. El algoritmo de asignación de recursos es responsable de la distribución de los recursos radioeléctricos a los usuarios que comparten el canal. En un escenario donde varios usuarios quieren transmitir sobre el canal inalámbrico, el algoritmo de scheduling tiene como objetivo conseguir la máxima eficiencia espectral, aprovechando la variabilidad del canal inalámbrico y del tráfico ofrecido. Para ello necesita información acerca de la calidad instantánea del canal con la que poder ser capaz de explotar la ganancia que proporciona la diversidad en tiempo, espacio, frecuencia y multiusuario. La diversidad multiusuario es de particular interés en este proyecto debido a que tiene como objetivo explotar la independencia estadística del desvanecimiento de señal experimentado por distintos usuarios dentro de la misma célula o área de cobertura. Debido a que los usuarios observan condiciones de canal diferentes en las mismas portadoras frecuenciales, el objetivo es asignar de la forma más optimizada posible los recursos a aquellos usuarios que experimentan las mejores condiciones de canal, y en consecuencia pueden transmitir con mayor tasa. En LTE el algoritmo de scheduling juega un papel determinante en el rendimiento general del sistema. Su principal objetivo es satisfacer las expectativas de tantos usuarios en el sistema como sea posible teniendo en cuenta los requisitos de calidad de servicio de cada una de sus aplicaciones y además evitar derroche energético para extender la vida de la batería en el terminal móvil. En la primera parte del proyecto se lleva a cabo un estudio comparativo entre varios algoritmos de scheduling básicos para analizar sus rendimientos y características generales. Como resultado de esta comparativa, se propone el Proportional Fair (PF) como punto de partida sobre el que desarrollar nuestro diseño. Esta decisión se basa no solo en su conocido compromiso entre trato equitativo (fairness) y tasa de datos alcanzada (throughput), sino también debido a la flexibilidad que ofrece. El PF scheduler calcula una métrica para cada bloque de recursos (RB) y usuario en el actual intervalo de tiempo de transmisión (Time Transmission Interval: TTI) tratando de maximizar la tasa de datos total, mientras que al mismo tiempo permite a todos los usuarios un nivel mínimo de servicio. Posteriormente, en el proyecto se presenta una modificación de la métrica original del PF como una buena solución para ahorrar energía, la cual se aplica en el diseño final del esquema de asignación de recursos. En la segunda parte del proyecto se implementan los modelos de tráfico más comunes, los cuales se asignan de manera aleatoria entre los usuarios siguiendo una probabilidad de aparición estandarizada para un escenario con mezcla de tráfico. En este escenario se analizan varios schedulers basados en el PF para distinto número de usuarios. Los resultados muestran el incremento obtenido con el diseño propuesto en términos de retardo, tasa de datos y ahorro energético para sistemas con gran número de usuarios.
Palabra(s) clave (del autor): lte ; scheduling ; redes 4g ; comunicaciones móviles ; quality of service ; eficiencia energética ; proportional fair ; sc-fdma ; mobile communications
Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera
Notas: Memoria disponible también en inglés. Llevado a cabo en la Universidad Técnica de Viena, en el Departamento de comunicaciones móviles dentro del Instituto de Telecomunicaciones
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