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Doctor's Theses (authored and supervised):

J. Colom Ikuno:
"System Level Modeling and Optimization of the LTE Downlink";
Supervisor, Reviewer: M. Rupp, T. Kürner; E389, 2013; oral examination: 03-01-2013.



English abstract:
This thesis presents the design and application of a Link-to-System (L2S) model
capable of predicting the downlink throughput performance of cellular mobile networks
based on the 3GPP Long Term Evolution (LTE) standard. The aim of a L2S
model is to accurately abstract the physical layer at a fraction of the complexity of
detailed link level simulations. Thus, it dramatically reduces the necessary simulation
run time and by extension enables simulation of much more complex scenarios.
The thesis is divided in four main parts. First, the basics of the LTE standard are
presented, with the link abstraction model being presented afterwards. Extensions
for the L2S model for the cases of Hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ) and
imperfect channel state information are presented in the third section. In the last
chapter, the performance of the application of Fractional Frequency Reuse (FFR)
to LTE is evaluated by means of the developed model.
The presented LTE link abstraction model employs a zero-forcing receiver and is
based on the calculation of the post-equalization Signal to Interference and Noise
Ratio (SINR), which for the Closed Loop Spatial Multiplexing (CLSM) MIMO transmit
mode employs a high-Signal to Noise Ratio (SNR) approximation. The designed
model is capable of accurately predicting the throughput performance of the following
LTE-de ned transmit modes and antenna con gurations, as validated against
link level simulations: Single transmit antenna with MRC combining; 2 2 Transmit
Diversity (TxD); 2 2, 4 2, and 4 4 Open Loop Spatial Multiplexing (OLSM); and
2 2, 4 2, and 4 4 CLSM.
The results presented in this thesis have been obtained by the Matlab implementation
of the L2S model, which is released including its source code as the Vienna
LTE System Level Simulator. Reproducibility scripts for each of the previous works
on which this thesis is based are also avaialble for download, which enables the
presented results to be independently replicated. As of Jan. 2013, the simulator
has already been downloaded more than 20 000 times and is being used both by
universities and industry.

German abstract:
Die vorliegende Arbeit präsentiert den Entwurf und die Anwendung eines Link-zu-
System Models (L2S), das es erlaubt, die Durchsatzleistung in der Abwärtsstrecke
von zellularen Funknetzen basierend auf den 3GPP Standards vorauszusagen. Ziel
des L2S Models ist es die physikalische Übertragungsebene mit geringerer Komplexität als im Link-Level Fall genauestens zu abstrahieren, somit also die Simulationszeiten
dramatisch zu reduzieren. Die Arbeit ist in vier Teile gegliedert. Zunächst
werden die Grundlagen des Long Term Evolution (LTE) Standards vorgestellt, gefolgt
vom Link-Abstaktionsmodell. Erweiterungen für das L2S Model für Hybrid
Automatic Repeat reQuest (HARQ) und ungenauer Kanalinformation werden im
dritten Teil erläutert. Im letzten Kapitel wird das Leistungsvermögen bei Fractional
Frequency Reuse (FFR) mithilfe des vorgeschlagenen Modells ermittelt.
Das vorgeschlagene Link-Abstraktionsmodell verwendet einen Zero-Forcing Empfänger
und 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 hohes
SNR angenommen. Die Anwendung des präsentierten Modells erlaubt die Simulation
von Szenarien, die wesentlich komplexer sind, als jene die durch Link-Level Modelle
berechenbar sind und dies zu einem Bruchteil der Komplexität. Das entworfene
Model kann die Duchsatzleistung der folgenden LTE Übertragungsmodi und Antennenkonfigurationen exakt schätzen und wurde gegenüber einer Link-Level Simulation
validiert: Single Transmit Antenne mit MRC Empfänger, 2X2 Transmit Diversität,
2X2,4X2 und 4X4 Open Loop Spatial Multiplexing (OLSM), sowie 2X2, 4X2 und 4X4 CLSM.
Die Matlab Implementierung des präsentierten Models wurde in der vorliegenden
Arbeit durchgängig verwendet und wurde als Vienna LTE System Level Simulator
mit dem gesamten Code freigegeben, um vollständige Reproduzierbarkeit zu gewährleisten.
Bis Januar 2013 wurde der Simulator mehr als 20 000 mal heruntergeladen
und wird sowohl von Universitäten als auch Industrie verwendet.

Keywords:
LTE


Electronic version of the publication:
http://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_226618.pdf



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Christian Doppler Lab "Funktechnologien für nachhaltige Mobilität"


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