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R. Fuchs:
"Assessment of the Applicability of the UMTS Packet Mode to Satellite-UMTS Using an Event-Driven Simulation Approach";
Supervisor: A. Goiser; Institut für Industrielle Elektronik und Materialwissenschaften, 2001.

The thesis is written in English and was created in cooperation with the European Space Agency (ESA) and with the support of Austrian Aerospace. The Satellite Universal Mobile Telecommunications System (S-UMTS) is supposed to become a service, complementary to the terrestrial third generation mobile communications system UMTS. S-UMTS will be the key to the provision of global coverage. We provide an overview of the S-UMTS system characteristics, e.g. Code Division Multiple Access (CDMA), satellite diversity and power control within the satellite propagation environment. As the S-UMTS system is currently in its development phase, these characteristics are preliminary. To provide knowledge, necessary for understanding the packet mode, the existing S-UMTS standards are summarized and discussed. The functionality of the S-UMTS packet mode is derived from the UMTS standards and adaptations for S-UMTS are proposed. In the sequel, we concentrate on the transmission of packets over the Down-link Shared Channel (DSCH). The primary achievement of the present thesis has been the establishment of an S-UMTS packet mode simulator, tailored to the needs of efficient protocol simulation. The latter has been achieved by choosing an event driven simulation approach, using Ptolemy, a digital-signal processing and communication-system simulation environment, developed at the University of Berkeley, CA. Ptolemy allows to choose among several simulation domains, distinguishable by the underlying scheduling concepts. For the present application, the Discrete Event domain was found most beneficial. The highly modular simulation tool and its modules, referred to as Stars, Galaxies and Universes, are described in detail. Finally an assessment of the general performance of the S-UMTS packet mode has been attempted by means of simulations using the aforementioned packet-mode simulation tool. The performance of multiple user access on the Down-link Shared Channel was studied. Relevant performance criteria are achievable data throughput, mean- and maximum packet delays and buffer-size requirements. From the simulation results it can be concluded that the UMTS forward link packet mode can in principle also be used for S-UMTS. However, a number of adaptations are necessary to take into account satellite channel peculiarities. These adaptations are specified in the thesis along with suggestions for further analyses. Future protocol optimization work can be foreseen to rely heavily on the presented S-UMTS packet mode simulator.

Die Diplomarbeit ist in englischer Sprache verfasst (deutscher Titel: Untersuchung der Anwendbarkeit des UMTS Paket-Modus für Satelliten-UMTS mit Hilfe von ereignisgesteuerten Simulationen) und wurde in Zusammenarbeit mit der European Space Agency (ESA) und der Unterstützung von Austrian Aerospace erstellt. Das Satellite Universal Mobile Telecommunications System (S-UMTS) wird als ergänzender Dienst zu UMTS, dem terrestrischen Mobilkommunikationssystem der dritten Generation, gesehen. S-UMTS ist dabei der Schlüssel zur Gewährleistung von weltweiter Netzabdeckung. Zu Beginn wir ein Überblick über die S-UMTS Systemeigenschaften im Zusammenhang mit der Übertragungsumgebung für Satelliten gegeben z.B.: Code Division Multiple Access (CDMA), Satellitendiversität und Leistungsregelung. Da das S-UMTS System noch in Entwicklung steht sind diese Eigenschaften als vorläufig anzusehen. Die bereits existierenden S-UMTS Standards wurden zusammengefasst um notwendige Vorkenntnisse für den Paket-Modus bereitzustellen. Die Funktionalität des S-UMTS Paket-Modus wurde von den UMTS Standards abgeleitet, wobei Adaptionsvorschläge für S-UMTS gemacht wurden. Unter dem S-UMTS Paket-Modus ist in dieser Arbeit die Übertragung von Paketen über den Down-link Shared Channel (DSCH) zu verstehen. Die Einrichtung eines Paket-Modus-Simulators ist die wesentlich Errungenschaft dieser Arbeit. Der Simulator wurde speziell auf die Bedürfnisse von effizienten Protokollsimulationen zugeschnittenen indem eine ereignisgetriebene Simulationsmethode gewählt wurde. Für die Simulationsumgebung wurde Ptolemy, entwickelt an der Universität von Berkeley CA, ausgewählt, die für Simulation von digitaler Signalverarbeitung und Kommunikationssystemen geeignet ist. Der Vorteil von Ptolemy basiert auf der Bereitstellung unterschiedlicher Simulationsdomänen mit jeweils optimierten Berechnungsplanern, wobei für den Paket-Modus-Simulator die Discrete Event Domäne die größten Vorteile brachte. Der hoch modulare Simulator und seine Module, genannt Stars, Galaxies und Universes, werden im Detail beschrieben. Mit Hilfe des erstellten Paket-Modus-Simulators wurde die generelle Leistungsfähigkeit des S-UMTS Paket-Modus untersucht. Der Mehrbenutzerzugriff auf den DSCH wurde nach Kriterien wie erreichbarer Datendurchsatz, mittlere und maximale Paktverzögerung, als auch Speichergröße studiert. Aus den Simulationsergebnissen kann geschlossen werden, dass der UMTS Paket-Modus auch auf S-UMTS prinzipiell anwendbar ist. Allerdings sind Adaptionen notwendig, um die Eigenheiten des Satellitenkanals zu berücksichtigen. Diese Adaptionen sind, zusammen mit Vorschlägen für weitere Analysen, in der Arbeit spezifiziert. Zukünftige Studien zur Protokolloptimierung werden in großem Maße auf dem erstellten Paket-Modus-Simulator aufbauen.