Power control strategies for D2D communications in cellular networks

Power control is a powerful method to mitigate interference in a network by keeping transmit powers of user equipments at a certain level. It is widely used in LTE networks. It improves critical aspects such as data rates and energy efficiency. LTE networks use two types of power control algorithms which are open loop power control (OLPC) and closed loop power control (CLPC). Former one works by estimating channel losses and adding them to base transmit powers, so that users can cope with the losses. Latter one uses a continuous feedback mechanism that provides flexibility against changing channel conditions with the price of periodic control signalization. In simulations, LTE OLPC is investigated. As the networks change, power control algorithms need to change, as well as other mechanisms to satisfy the needs of new environment. With 4.5G and 5G networks coming, device-to-device(D2D) communications, which enables communication without involvement of base stations, will be introduced. Profile of users in the network will change drastically, creating multiple tiers and a new interference type between these tiers, namely cross-tier interference. In the literature, many power control algorithms are proposed to improve conventional power control methods. Among introduced algorithms, in addition to LTE OLPC, two more algorithms are selected, namely Utility Max PC and Binary PC (BPC). Utility Max PC is a highly theoretical, but unpractical algorithm which works in an iterative fashion, creating loops between transmitter and receiver pairs. Since it requires intensive control signalizations, BPC is introduced which is suboptimal, yet simpler and easier to implement. Users can be either with maximum transmit power of turned off. BPC basically solves the objective function problem for all users turned on. Then it turns off the users that improve this solution. In this work, these power control algorithms are investigated for different conditions and main comparison is done between these algorithms with different resource block allocation strategies.

Il controllo della potenza è un metodo efficace per mitigare le interferenze in una rete, mantenendo le potenze in trasmissione dai terminali utente a un determinato livello. Tale controllo è ampiamente utilizzato nelle reti LTE e migliora aspetti critici come la velocità dei dati e l'efficienza energetica. Le reti LTE utilizzano due tipi di algoritmi di controllo della Potenza, il controllo di potenza in anello aperto (OLPC) e il controllo di potenza in anello chiuso (CLPC). Il primo lavora stimando le perdite di canale e aggiungendole alle potenze di trasmissione della stazione base. Il secondo utilizza un meccanismo di feedback continuo che fornisce adattività rispetto alle mutevoli condizioni del canale con un costo dovuto alla segnalazione periodica del livello di segnale. Nelle simulazioni, è stato studiato LTE OLPC. Man mano che le reti evolvono, anche gli algoritmi di controllo della potenza devono cambiare, così come altri meccanismi per soddisfare le nuove esigenze. Con le reti 4.5G e le 5G in arrivo, verranno introdotte comunicazioni da dispositivo a dispositivo (D2D), che consentono la comunicazione senza il coinvolgimento delle stazioni di base. Il profilo degli utenti nella rete cambierà drasticamente, creando più livelli e anche nuovi tipi di interferenza tra questi livelli. In letteratura, molti algoritmi di controllo della potenza sono stati proposti per migliorare i metodi convenzionali di controllo della potenza. Tra gli algoritmi studiati, oltre a LTE OLPC, ne sono stati selezionati altri due, ovvero Utility Max PC e Binary PC (BPC). Utility Max PC è un algoritmo teorico ma difficile da applicare in pratica, che funziona in modo iterativo, creando cicli tra coppie di trasmettitori e ricevitori. Poiché richiede intense segnalazioni di controllo, è stato proposto BPC, che è subottimo, ma più semplice e facile da implementare. Gli utenti possono avere la massima potenza o la trasmissione disattivata. BPC risolve il problema della funzione obiettivo per tutti gli utenti accesi e poi spegne gli utenti che migliorano tale soluzione. In questo lavoro, questi algoritmi di controllo della potenza sono stati studiati in condizioni diverse e il confronto principale è stato fatto anche considerando diverse strategie di allocazione dei blocchi.