Mode selection map in device-to-device communication

Morattab, Armin (2017). Mode selection map in device-to-device communication. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

One of the recent features presented by the Long Term Evolution - Advanced (LTE-A) standard is enabling the network User Equipments (UEs) to directly communicate with each other without routing the signal through evolved-Node B (eNB). This is called the Device-to-Device (D2D) transmission and it brings different types of gains to the network. The UEs are enabled to choose their transmission mode among the reuse, dedicated, and cellular modes. For a network consisting of a pair of D2D enabled UEs, a cellular UE, and an eNB, the mode selection procedure indicates the best mode to be chosen by the D2D pair while the cellular UE is in communication with the eNB. The reuse and dedicated modes are direct transmission while the cellular mode is the traditional cellular transmission. In the reuse mode the same frequency resources are used by the D2D pair and the cellular user. However, in the dedicated and cellular modes, different resources are allocated for the D2D and cellular transmission.

In this work, we show that there are certain regions in the network that if the moving UE stays in them, a specific transmission mode is always selected for the transmission between D2D pair. The set of these regions is called the mode selection map of the network. We use our mode selection map models to propose a handover mechanism when the moving UE leaves a specific region in the map and enters to a neighboring region.

For mode selection map derivation, we present an analytical framework for a simple D2D enabled network for two different channel conditions: 1) Line-of-Sight (LoS) path-loss channel; 2) fading channel. The overall throughput of the network for the reuse, dedicated, and cellular modes is calculated and presented in three different equations. When the channel’s model is LoS path-loss, to find the mode selection map, these equations are equalized two by two and the resulted equation is solved. For the fading channel scenario, due to the probabilistic variation of the channels the expectation of the overall throughput of the network is calculated for three Transmission Modes (TMs) and the resulted functions are equalized two by two and solved.

In our study of handover issues in D2D enabled network we propose an algorithm for the case when the cellular UE moves in the network while the communication channels are fixed. The algorithm relies on two decision parameters, i.e. distance from the boundaries of the map and intersection with the boundaries of the map, which are analytically computed. To evaluate the performance of the handover mechanism we develop an analytical approach to calculate two performance metrics, denoted as handover rate and sojourn time, using the mode selection map.

Titre traduit

Carte de selection de mode dans la communication de dispositif à disositif

Résumé traduit

Une des caractéristiques récentes présentées de la réseau d’évolution à long terme avancée (LTE-A) permet aux équipement d’utilisateur (UE) du réseau de communiquer directement entre eux sans acheminer le signal par le noeud B évolué (eNB). Ceci est appelé la transmission de dispositif à dispositif (D2D) et il apporte différents types de gains au réseau. Les UEs sont habilités à choisir leur mode de transmission parmi les modes de réutilisation, dédié et cellulaire. Pour un réseau constitué d’une paire d’UE D2D, d’un UE cellulaire et d’un eNB, la procédure de sélection de mode indique le meilleur mode à choisir par la paire D2D alors que l’UE cellulaire est en communication avec l’eNB. Les modes réutilisation et dédiés sont la transmission directe tandis que le mode cellulaire est la transmission cellulaire traditionnelle. Dans le mode de réutilisation, les mêmes ressources de fréquence sont utilisées par la paire D2D et l’utilisateur cellulaire, mais dans les modes dédié et cellulaire différentes ressources sont allouées pour la transmission D2D et cellulaire.

Dans cette étude, nous montrons qu’il existe certaines régions dans le réseau où si l’UE en déplacement y reste, un mode de transmission spécifique est toujours sélectionné pour la transmission entre la paire D2D. L’ensemble de ces régions est appelé carte de sélection de mode du réseau. Nous utilisons nos modèles de carte de sélection de mode pour proposer un mécanisme de transfert intercellulaire lorsque l’UE en déplacement quitte une région spécifique dans la carte et entre dans une région voisine.

Pour la dérivation de carte de sélection de mode, nous présentons un cadre analytique pour un réseau simple D2D pour deux conditions différentes de canal: 1) canal de perte de voie de ligne de vision (LoS); 2) canal d’évanouissement. Le débit global du réseau pour les modes de réutilisation, dédié et cellulaire est calculé et présenté en trois équations différentes. Lorsque le modèle du canal est perte de voie de LoS, pour trouver la carte de sélection de mode, ces équations sont égalisées deux par deux et l’équation obtenue est résolue. Pour le scénario de canal d’évanouissement, en raison de la variation probabiliste des canaux, l’attente du debit total du réseau est calculée pour trois modes de transmission (TM) et les fonctions resultants sont égalisées deux par deux et résolues.

Dans notre étude de la question du transfert intercellulaire dans le réseau D2D, nous proposons un algorithme pour le cas où l’UE cellulaire se déplace dans le réseau tandis que les canaux de communication sont fixés. L’algorithme repose sur deux paramètres de décision, à savoir la distance aux limites de la carte et de l’intersection avec les limites de la carte, qui sont calculées analytiquement. Pour évaluer la performance du mécanisme de transfert intercellulaire, nous développons une approche analytique pour calculer deux mesures de erformance, appelées taux de transfert intercellulaire et durée de séjour, en utilisant la carte de sélection de mode.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 155-162).
Mots-clés libres:	dispositif à dispositif, D2D, sélection de mode, carte de sélection de mode, transfert intercellulaire, gestion de la mobilité
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Dziong, Zbigniew
Codirecteur:	Codirecteur Sohraby, Kazem
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	11 mars 2019 20:21
Dernière modification:	28 mars 2019 16:24
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1888

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