User-Location Aware Downlink Performance Analysis of LTE Networks

Abstract

In order to evaluate the performance of Long Term Evolution (LTE) networks, system-level simulation with detailed focus on network related effects such as mobility, scheduling and interference management must be emphasized. Existing studies evaluate user throughput and dimension LTE networks usually assuming uniform distribution of users within the cell. These studies report average user throughputs over the cell and the 5th percentile throughputs as estimates of the performance of the users at the cell edge. In this thesis, we have extended an existing state-of-the-art simulation framework to take user locations into account and to validate the current performance measures. In particular, taking the locations of users into consideration may be important when estimating the throughput of users at the edge of an LTE cell. In addition, the distribution of user locations within a cell may not be expected to be uniform as it is generally assumed in existing studies. As a result, a clustered deployment of mobile users is also analyzed in order to compare performance results with the existing ones. With the extended user-location aware simulator, it is observed that 5th percentile throughput may be incompatible with cell edge throughputs and non-uniform user distributions may result in very different performance measures. Keywords: Cell Edge Performance, Clustered Mobile Users, Long Term Evolution (LTE), System-Level Simulation.

ÖZ: Long Term Evolution (LTE) ağlarının performansını değerlendirmek için, devingenlik, çizelgeleme ve karışma yönetimi gibi ağ ile ilgili etkenlere önem veren sistem seviyesinde simülasyon yapılmalıdır. Şimdiye kadar yapılan çalışmalar, LTE kullanıcılarının hızını değerlendirirken çoğunlukla bu kullanıcıların hücre içerisinde birbiçimli şekilde dağılmış olduğunu varsaymaktadır. Bu çalışmalar, genellikle kullanıcıların ortalama hızını ve hücre kenarındaki hızını tahmin için 5. yüzde birlik dilim hızını vermektedir. Bu tezde, güncel bir simülasyon programı, kullanıcıların yerlerini de dikkate alacak bir şekilde genişletilmiş ve varolan performans ölçütlerinin geçerliliği incelenmiştir. Özellikle, kullanıcıların yerlerini dikkate almak, hücre kenarındaki kullanıcıların hızlarını doğru tahmin etmek için önem taşıyabilmektedir. Ek olarak, kullanıcıların hücre içerisindeki dağılımının genelde varsayıldığı gibi birbiçimli olmasi beklenmemektedir. Dolayısıyla, topaklanmış bir kullanıcı dağılımıyla analiz yapılıp performanslar varolanlarla karşılaştırılmıştır. Genişletilmiş kullanıcı yeri bilgisine sahip simülasyonlar 5. yüzde birlik dilim hızın hücre kenarındaki hızla uyumlu olamayabileceğini ve birbiçimli olmayan kullanıcı dağılımlarının çok farklı performans sonuçları verebileceğini göstermektedir. Anahtar kelimeler: Hücre Kenarı Performansı, Topaklanmış Gezgin Kullanıcılar, Long Term Evolution (LTE), Sistem Seviyesinde Simülasyon.