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Theses Year : 2010

Stochastic Modeling of WiFi's EDCA and Double Frequency Reuse for Femtocell

Modélisation stochastique du mécanisme EDCA du WiFi et double réutilisation de fréquences pour les femtocells

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Abstract

The race toward higher throughputs for cellular network users is getting more difficult every day. The new "Femtocell" technology is expected to be the rescuer of cellular network operators. This "home" cellular base station provides high indoor coverage and throughput to indoor users over the regular home broadband access connection to the internet. In this thesis, we evaluate the capacity that can be offered by the WiFi and Femtocell technologies separately. In the first part we propose a realistic and comprehensive model to analyze the performance of the IEEE 802.11e EDCA contention based access mechanism, which provides QoS to IEEE 802.11 WLAN. Our analytical approach is based on Markov chains. Our innovation is that our model allows for non-ideal channels and unsaturated networks. The improved model allows computing and representing the performance more precisely for various traffic loads and various BER. Then we assess the performance of the femtocell approach. For this purpose, we first needed to deal with the radio planning issue. This latter issue is not obvious for a plug-and-play Femtocell device whose deployment will inherently be unpredictable. We propose a double frequency reuse scheme, which allows a femtocell to reuse the frequency already in use by adjacent sectors of the overlaying macrocell. We present three solutions: full, partial or mixed frequency reuse. Then we evaluate the performance that Femtocells can achieve when coexisting with an overlaying macrocell in terms of RSS and SINR expected at the femtocell level. We show that Femtocells can definitely provide a meaningful improvement in the data rates experienced by the femtocell user's equipment.
a course vers des débits plus élevés pour les utilisateurs de réseaux cellulaires devient plus difficile chaque jour. La nouvelle technologie surnommée "Femtocell" est considérée comme le potentiel sauveur des opérateurs menacés par la concurrence du Wifi. Ce point d'accès résidentiel au réseau cellulaire offre une meilleure couverture et un plus haut débit aux utilisateurs situés en intérieur. Dans cette thèse, nous évaluons séparément, la capacité utile offerte par un point d'accès Wifi et par un point d'accès "Femtocell". Dans la première partie nous proposons un modèle réaliste du mécanisme d'accès à la ressource du Wifi appelé EDCA. Notre modèle est basé sur les chaînes de Markov. Nous évitons les principales approximations faites dans les modèles antérieurs en prenant en compte, un régime non saturé et un canal non idéal. Ainsi nous pouvons obtenir les performances attendues avec plus de précision pour différentes charges de trafic et divers taux d'erreur binaire (BER). Dans un second temps nous évaluons les performances des Femtocells en proposant une nouvelle planification de la ressource radio, ce qui est considérée comme un des principaux défis étant donné le déploiement imprévisible des Femtocells par leurs propres utilisateurs. Nous proposons dans cette thèse différents schéma de "double" réutilisation des fréquences consistant à allouer au femtocell les fréquences déjà utilisées par les macrocells avoisinantes. Nous évaluons les performances en termes de puissance de signal reçue et rapport signal à interférence plus bruit. Nous montrons que femtocells contribue à une amélioration significative par rapport à une couverture macrocell classique.
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Dates and versions

pastel-00561406 , version 1 (01-02-2011)

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  • HAL Id : pastel-00561406 , version 1

Cite

Yoram Haddad. Stochastic Modeling of WiFi's EDCA and Double Frequency Reuse for Femtocell. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Télécom ParisTech, 2010. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00561406⟩
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