Lte performance Analysis on 800 and 1800 mhz Bands

LIST OF SYMBOLS 

𝑆

𝑟𝑥𝑠𝑟𝑣

 

Cell selection Rx level value 

𝑄

𝑟𝑥𝑠𝑟𝑣𝑚𝑟𝑎𝑦

 

Measured Rx level value (RSRP) 

𝑄

𝑟𝑥𝑠𝑟𝑣𝑚𝑠𝑠

 

Required minimum Rx level value (RSRP) 

𝑄

𝑟𝑥𝑠𝑟𝑣𝑚𝑠𝑠𝑠𝑜𝑜𝑦𝑟𝑠

 

Offset to signalled 𝑄

𝑟𝑥𝑠𝑟𝑣𝑚𝑠𝑠

(dB) 

𝑃

𝑠𝑠𝑚𝑝𝑟𝑠𝑦𝑎𝑠𝑠𝑠𝑠

 

Power compensation (dB) 

𝑆

𝑦𝑟𝑟𝑣𝑠𝑠𝑔𝑠𝑟𝑠𝑠

 

Serving cell measured value (dB) 

𝑆

𝑠𝑠𝑠𝑟𝑎−𝑦𝑟𝑎𝑟𝑠ℎ

 

Intra-frequency cell selection search threshold (dB) 

𝑆

𝑠𝑠𝑠−𝑠𝑠𝑠𝑟𝑎𝑦𝑟𝑎𝑟𝑠ℎ

  Inter-frequency cell selection search threshold (dB) 

𝑅

𝑆

 

Serving cell rank 

𝑅

𝑁

 

Neighbouring cell rank 

𝑄

𝑚𝑟𝑎𝑦,𝑦

 

Serving cell measured value 

𝑄

𝑚𝑟𝑎𝑦,𝑠

 

Neighbouring cell measured value 

𝑄

ℎ𝑦𝑦

 

Hysteresis value 

𝑄

𝑠𝑜𝑜𝑦𝑟𝑠

 

Offset value 

𝑇

𝑟𝑟𝑦𝑟𝑠𝑟𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠

 

Time to trigger 

𝐼

𝑠𝑤𝑠

 

Own cell interference 

𝐼

𝑠𝑠ℎ𝑟𝑟

 

Other cell interference 

L 

Path loss 

I

o

T 

Interference over thermal 

N 

Thermal noise 

P

max

 

Maximum transmit power 

α 

Cell-specific path correction factor 

P

0

 

Transmit power 

𝑑

𝑘𝑚

 

Distance from cell centre (in kilometres) 

𝑓

𝑀𝐻𝑧

 

Frequency in Megahertz 

h

B

 

Transmitter antenna height 

h

M

 

Receiver antenna height 

P

t 

 

Transmitted power 

G

t

  

Transmitter antenna gain 

G

r

  

Receiver antenna gain 

λ  

Wavelength of the transmitted signal 

---

 

IX 

 

LIST OF FIGURES 

Figure 2.1: System architecture of EPS ............................................................................ 5

 

Figure 2.2: Control Plane (CP) protocol stack from UE to MME .................................... 9

 

Figure 2.3: User Plane (UP) protocol from UE to S-GW/P-GW .................................... 10

 

Figure 2.4: X2 interface in Control and User Plane ........................................................ 10

 

Figure 3.1: 12 OFDM sub-carriers in a single resource block ........................................ 11

 

Figure 3.2: SC-FDMA modulation scheme .................................................................... 13

 

Figure 3.3: Time domain representation of interleaved SC-FDMA ............................... 13

 

Figure 3.4: A 2x2 MIMO configuration ......................................................................... 14

 

Figure 3.5: LTE frame structure...................................................................................... 15

 

Figure 4.1: EPS connection management states ............................................................. 16

 

Figure 4.2: Cell re-selection during the IDLE mode....................................................... 19

 

Figure 4.3: Handover preparation over X2 interface ...................................................... 22

 

Figure 4.4: Handover execution over X2 Interface ......................................................... 22

 

Figure 4.5: Handover completion over X2 Interface ...................................................... 22

 

Figure 4.6: S1 based handover ........................................................................................ 24

 

Figure 5.1: Ideal impact on the experienced SINR per user when varying the OLPC 

parameters, i.e. P

0

 

and α, assuming a constant I

o

T level ................................................. 29

 

Figure 5.2: Spectral efficiency of AWGN and Rayleigh channel ................................... 31

 

Figure 6.1: Cell radii providing 1 Mbps DL throughput under different bandwidths .... 35

 

Figure 7.1: Measurement route with the eNodeB sites ................................................... 38

 

Figure 7.2: Elevation profile of the Kumpuvaara site area ............................................. 39

 

Figure 7.3: CQI against Distance for Kumpuvaara site .................................................. 40

 

Figure 7.4: Link modulation along the measurement route for Kumpuvaara site .......... 41

 

Figure 7.5: Kumpuvaara and Singerjärvi modulation schemes for different PCIs ......... 43

 

Figure 7.6: PCI coverage for Kumpuvaara site ............................................................... 44

 

Figure 7.7: RSRP levels for different PCIs along the measurement route for 

Kumpuvaara site.............................................................................................................. 44

 

Figure 7.8: RSRP coverage of Kumpuvaara site ............................................................ 45

 

Figure 7.9: RSRP between Singerjärvi and Kumpuvaara against distance .................... 46

 

Figure 7.10: Comparison of Cumulative Distribution Function of RSRP levels ............ 47

 

Figure 7.11: Comparison of RSRP distribution for multiple runs of Kumpuvaara site .. 48

 

Figure 7.12: CDF plots for multiple runs of measurements along Kumpuvaara route ... 49

 

Figure 7.13: Kumpuvaara cells appearing in detected set............................................... 50

 

Figure 7.14: Singerjärvi cells appearing in detected set ................................................. 50

 

Figure 7.15: RSRQ levels for the Kumpuvaara site ........................................................ 51

 

---

 

X 

 

Figure 7.16: RSRP and RSRQ distribution against Distance for Kumpuvaara site ....... 51

 

Figure 7.17: RSRQ distribution for different PCIs associated with Kumpuvaara site ... 52

 

Figure 7.18: SNR plot for Singerjärvi and Kumpuvaara sites ........................................ 53

 

Figure 7.19: SNR vs. Distance for Kumpuvaara site ...................................................... 54

 

Figure 7.20: CDF of SNR measured for Kumpuvaara and Singerjärvi sites .................. 54

 

Figure 7.21: Application downlink throughput for Kumpuvaara and Singerjärvi sites .. 56

 

Figure 7.22: Throughput vs. Distance for Kumpuvaara site ........................................... 56

 

Figure 7.23: CDF of Throughputs for Kumpuvaara and Singerjärvi .............................. 57

 

Figure 7.24: Singerjärvi and Kumpuvaara throughputs plotted against SNR ................. 58

 

Figure 7.25: SNR, RSRP and downlink application throughput for Kumpuvaara site .. 59

 

Figure 7.26: CDF plot of CQIs for LTE 1800 and LTE 800 of Singerjärvi ................... 60

 

Figure  7.27: Link adaptation comparison between LTE 1800 and LTE 800 in 

Singerjärvi ....................................................................................................................... 61

 

Figure 7.28: RSRP of Singerjärvi LTE 1800 on the  measurement route towards 

Kumpuvaara .................................................................................................................... 62

 

Figure 7.29: RSRP of Singerjärvi LTE 800 on the measurement route towards 

Kumpuvaara .................................................................................................................... 62

 

Figure 7.30: RSRP comparison between LTE 1800 and LTE 800 ................................. 62

 

Figure 7.31: CDF plots of RSRP level of LTE 1800 and LTE 800 ................................ 63

 

Figure 7.32: Singerjärvi LTE 800 and LTE 1800 path loss in figure ............................. 65

 

Figure 7.33: RSRQ scenario in Singerjärvi  Left: RSRQ for LTE 1800    Right: RSRQ 

for LTE 800 ..................................................................................................................... 66

 

Figure 7.34: RSRQ Comparison between LTE 1800 and LTE 800 ............................... 66

 

Figure 7.35: CDF comparison of RSRQ between LTE 1800 and LTE 800 ................... 67

 

Figure 7.36: Measurement scenario of LTE 800 with both of the test sites online ........ 68

 

Figure 7.37: SNR Comparison between LTE 1800 and LTE 800 .................................. 68

 

Figure 7.38: Comparison of CDF of SNR between LTE 1800 and LTE 800 ................. 69

 

Figure 7.39: Application downlink throughput coverage ............................................... 70

 

Figure 7.40: Application throughput comparison between LTE 1800 and LTE 800 ..... 70

 

Figure 7.41: CDF comparison of throughputs for Singerjärvi LTE 1800 and LTE 800 71

 

Figure 7.42: SNR vs. Application Downlink Throughput for LTE 1800 ....................... 72

 

Figure 7.43: RSRP vs. RSCP comparison between Kumpuvaara and Singerjärvi ......... 73

 

Figure 7.44: CDF comparison between two sites in UMTS 900 and LTE 800 .............. 74

 

Figure 7.45:  Application downlink throughput comparison between UMTS 900 and 

LTE 800 .......................................................................................................................... 75

 

Figure 7.46: UMTS 900 network scenario at the area .................................................... 75

 

Figure 7.47:  DL throughput comparison between Singerjärvi and Kumpuvaara .......... 76

 

---

 

XI 

 

LIST OF TABLES 

Table 2.1: Categories of UE in LTE ................................................................................. 6

 

Table 3.1: Resource block configuration in EUTRAN channel bandwidths .................. 15

 

Table 5.1: CQI values and their modulation range ......................................................... 27

 

Table 5.2: Theoretical downlink bit rates (10 MHz bandwidth) ..................................... 32

 

Table 7.1: eNodeB site information ................................................................................ 38

 

Table 7.2: Average CQI for different sites at different routes ........................................ 41

 

Table 7.3: Link modulation statistics for Kumpuvaara site ............................................ 42

 

Table 7.4: RSRP statistics between Singerjärvi and Kumpuvaara ................................. 46

 

Table 7.5: Active set path loss calculations for LTE 800 cells on different routes ........ 47

 

Table 7.6: RSRP statistics for multiple runs along the same route ................................. 49

 

Table 7.7: CDF statistics for RSRQ of Kumpuvaara ...................................................... 52

 

Table 7.8: SNR statistics of Kumpuvaara and Singerjärvi sites ..................................... 55

 

Table 7.9: CQI statistics for LTE 1800 and LTE 800 of Singerjärvi .............................. 60

 

Table 7.10: RSRP statistics for LTE 1800 and LTE 800 for Singerjärvi ....................... 63

 

Table 7.11: Path loss statistics of LTE 1800 ................................................................... 64

 

Table 7.12: Statistical parameters of LTE 800 and LTE 1800 throughputs ................... 71

 

---

INTRODUCTION 

1