Modelli e metodi per la pianificazione radio per reti radiomobili LTE

Con la continua crescita delle richieste di servizi dati con elevata QoS, gli operatori di rete devono far fronte ad una maggiore capacità richiesta, mantenendo bassi i costi di installazione e di gestione. Al declino dei profitti 3G, l’introduzione di LTE, tra le tecnologie mobili a larga banda, porterà notevoli miglioramenti grazie ai suoi requisiti di qualità, latenza e banda necessaria sempre più stringenti. Per realizzare tutto ciò sarà necessario ri-organizzare l’intera rete mobile esistente mediante un’opportuna pianificazione radio, che tenga conto delle caratteristiche tecnologiche del sistema LTE, consenta di gestire la capacità dei dispositivi di Base Station (BS) e di assegnare risorse radio in maniera ottimale al fine di garantire livelli di servizio adeguati. Lo scopo di questo lavoro è il progetto di algoritmi di pianificazione per reti radiomobili LTE, mirati alla determinazione dei siti in cui installare le BS , soddisfando le richieste di traffico presenti nell’area in cui si intende adottare questo tipo di rete. Il problema del posizionamento delle antenne in modo da ottenere una buona copertura a livello wireless è stato ampliamente trattato per i sistemi cellulari di seconda e di terza generazione. LTE cerca di migliorare le pianificazioni radio dei sistemi precedenti, introducendo sia tecnologie di livello fisico avanzate come i sistemi di accesso OFDMA, sia meccanismi di riduzione dell’interferenza dovuta al riuso delle frequenze. Ad esempio lo schema di riuso frequenziale parziale, che minimizzando l’interferenza inter-cella, migliora la qualità dei servizi richiesti e le prestazioni della rete. Gli algoritmi di pianificazione proposti in questo lavoro sono basati su modelli di programmazione matematica mista intera. Tali modelli, in base alla distribuzione di traffico nell’area geografica considerata, consentono di stabilire le posizioni delle BS da installare utilizzando le portanti frequenziali a disposizione al fine di garantire per ciascun utente la richiesta nominale di traffico ottimizzando, la gestione dell’allocazione di risorse radio, la potenza di trasmissione e tenendo conto di vincoli SINR. Il punto di partenza è rappresentato da un modello di pianificazione radio in cui si assume che una sola portante frequenziale possa essere assegnata ad ogni cella LTE. Questo modello pur consentendo un’analisi delle problematiche di pianificazione, esclude la possibilità di utilizzare un’ allocazione delle frequenze secondo un riuso parziale, il quale richiede un assegnamento multi portante all’interno della stessa cella. Per questo motivo, si è successivamente modificato il modello iniziale, aggiungendo vincoli per tener conto del riuso frequenziale parziale. Il modello risultante consente di utilizzare portanti frequenziali differenti a centro cella e a bordo cella, riducendo notevolmente il livello di interferenza percepito dagli utenti mobili. Questo netto miglioramento della qualità del canale radio porta a un incremento delle prestazioni del sistema trasmissivo in termini di potenza di trasmissione e banda allocata per la tipologia di servizio richiesta. Pur consentendo di pianificare all’ottimo istanze di significative dimensioni, l’approccio basato sui modelli di programmazione matematica non consentono l’applicazione a grosse istanze, a causa dei lunghi tempi richiesti per la risoluzione. Ciò è dovuto alla elevata complessità del problema affrontato. Un approccio alternativo consiste nell’adottare un algoritmo euristico in grado di fornire una soluzione sub-ottima, ma in tempi ragionevolmente limitati. A tale scopo, in questo lavoro è stato sviluppato un algoritmo euristico di tipo greedy. L’algoritmo spezza il problema della pianificazione di sistemi LTE in 3 fasi: selezione delle BS, assegnamento delle frequenze e allocazione delle risorse radio e della potenza trasmissiva.