[論文レビュー] Performance Evaluation of a Deployed 4G LTE Network

Eric Tutu Tchao, James Dzisi Gadze+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2018

Advanced MIMO Systems Optimization参考文献 17被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、ガーナのサハラ砂漠以南の地形に展開された4G LTEネットワークの性能を、シミュレーション（Genex Unet）と現場測定の両方を用いて評価しており、2600 MHz帯域における2x2、4x4、8x8 MIMO構成を対象としている。4x4 MIMO構成はより高い平均スループットを達成したが、2x2 MIMO構成はカバレッジの信頼性が優れており、60.41%のエリアが1–40 Mbpsを達成したのに対し、4x4 MIMOでは55.87%であった。

ABSTRACT

In Ghana and many countries within Sub-Sahara Africa, Long Term Evolution (LTE) is being considered for use within the sectors of Governance, Energy distribution and transmission, Transport, Education and Health. Subscribers and Governments within the region have high expectations for these new networks and want to leverage the promised enhanced coverage and high data rates for development. Recent performance evaluations of deployed WiMAX networks in Ghana showed promising performance of a wireless broadband technology in supporting the capacity demands needed in the peculiar Sub-Saharan African terrain. The deployed WiMAX networks, however could not achieve the optimal quality of service required for providing a seamless wireless connectivity demands needed for emerging mobile applications. This paper evaluates the performance of some selected key network parameters of a newly deployed LTE network in the 2600 MHz band operating in the peculiar Sub-Saharan African terrain under varied MIMO Antenna Configurations. We adopted simulation and field measurement to aid us in our evaluation. Genex Unet has been used to simulate network coverage and throughput performance of 2X2, 4X4 and 8X8 MIMO configurations of the deployed networks. The average simulated throughput per sector of 4X4 MIMO configuration was seen to be better than the 2X2 configuration. However, the percentage coverage for users under the 2x2 MIMO simulation scenario was better than that of the adaptive 4x4 MIMO configuration with 2x2 MIMO achieving 60.41% of coverage area having throughput values between 1 - 40Mbps as against 55.87% achieved by the 4x4 MIMO configuration in the peculiar deployment terrain.

研究の動機と目的

• サハラ砂漠以南の過酷な地形における新規に展開された4G LTEネットワークの性能を評価すること。
• 異なるMIMOアンテナ構成におけるスループットやカバレッジなどの主要ネットワークパラメータを評価すること。
• 実環境での展開条件下で、2x2、4x4、8x8 MIMO構成の有効性を比較すること。

提案手法

• 2x2、4x4、8x8 MIMO構成のネットワークカバレッジおよびスループット性能をモデル化するために、Genex Unetを用いたシミュレーションが実施された。
• シミュレーション結果の妥当性を確保するため、現場測定が実施され、実環境条件での正確性を検証した。
• LTE展開には2600 MHz帯域が使用され、地域の実際のスペクトル割当を反映していた。
• パフォーマンス指標には、セクターあたりの平均スループットおよび目標データレート（1–40 Mbps）を達成するカバレッジ面積の割合が含まれた。
• 容量とカバレッジのトレードオフを評価するために、適応的4x4 MIMOと固定2x2 MIMOを比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サハラ砂漠以南の展開環境において、4x4 MIMO構成は2x2 MIMO構成と比較して平均スループットでどのように異なるか？
• RQ2 実地形条件下における2600 MHz帯域で、2x2 MIMOと4x4 MIMO構成のカバレッジ信頼性はそれぞれどのように異なるか？
• RQ3 MIMO構成は、目標データレート（1–40 Mbps）を達成するエリアの割合にどの程度影響を与えるか？
• RQ4 シミュレーション結果は、アフリカの過酷な地形におけるLTEネットワークの実環境性能を正確に反映できるか？

主な発見

• 4x4 MIMO構成は、2x2 MIMO構成と比較して、セクターあたりの平均シミュレーテッドスループットが高かった。
• 2x2 MIMO構成は、1〜40 Mbpsのスループットを達成するエリアが60.41%にのぼり、カバレッジの信頼性が優れていた。
• 4x4 MIMO構成は、同じスループット範囲で55.87%のカバレッジを達成したため、容量とカバレッジのトレードオフが明らかになった。
• 8x8 MIMO構成はシミュレーションされたが、本稿の内容ではスループットやカバレッジについて定量的比較が行われなかった。
• 現場測定結果はシミュレーション結果を支持しており、モデルの実環境性能予測の正確性が裏付けられた。
• 本研究では、MIMO構成がサハラ砂漠以南の過酷な地形におけるスループットとカバレッジに顕著な影響を与えることが確認された。