Améliorations de l'accès paquet en sens montant du WCDMA

Third generation (3G) cellular systems implement a new multi-access technique, the Code Division Multiple Access (CDMA). In Europe, the 3rd generation system under deployment is the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS). It utilizes in its radio access part, the wideband CDMA standard. The major evolution of 3G systems is the provision of high data rate services. Moreover, 3G networks offer the possibility to their users to have more than one simultaneous service. A packet-switched mode of data transport has been included in 3G systems from the beginning of their conception. It is anticipated that internet-related applications along with voice, are going to be the main sources of traffic in these systems. Consequently, the packet-switched mode coexists with the circuit-switched one, the latter being present already in 2G cellular networks. Considering that the most restricting part of a wireless network is the radio access part, the provision of the requested Quality of Service (QoS) to a high number of users increases the requirement for an efficient utilization of radio resources, both by the network and by users. In this thesis, we mainly investigate the performance of packet data services in the radio access network of UMTS. We try to enhance a number of radio resource management (RRM) mechanisms that have an impact on the performance of packet data services. The proposed mechanisms aim at optimizing the utilization of resources, which is expected to increase system capacity and consequently to improve the offered QoS to packet data users. In UMTS however, packet data services are expected to coexist with voice, as mentioned above. Therefore a part of the thesis deals with the performance of both real time traffic and packet data in case of mixed traffic scenarios. The work focuses on the uplink direction of transmission, hence the transmission from the User Equipment (UE) to the network. A mechanism for which an enhancement attempt is performed is the radio link adaptation. In particular, the case of multi-service transmission is studied. The UE schedules its total allocated data rate to its activated services that are circulating in its radio bearers. At each transmission time interval (TTI), the UE selects a part of its total data rate for each radio bearer: this is performed through selection of a "transport format" to be applied during the TTI. This procedure is performed in the MAC (Medium Access Control) layer; its output is a combination of transport formats (Transport Format Combination, TFC) used by the physical layer. The procedure, named TFC selection, permits to adapt the transmission of the various services to the changing radio propagation conditions: it determines heavily the performance of the service performance. The guidelines of the TFC selection algorithm in uplink are presented in 3G standards. The principle of the algorithm is that it favors the transmission of real time traffic over packet data. However, the real time service may be degraded due to packet data under certain conditions, in particular for UEs far from the Node B. We propose a TFC selection algorithm that minimizes this degradation and offers larger coverage area for the real time services. A second mechanism under study is the packet scheduling among users. It is a procedure that is controlled by the network. Its impact on the system performance is investigated and quantified through system level simulations. We study the potential of certain features to increase the efficiency of the packet scheduling. A first feature is named fast Variable Spreading Factor (VSF): UEs far from the Node B, change rapidly their spreading factor in order to maintain their transmission power constant, which stabilizes the other cell interference. A second feature is a decentralized uplink packet data access using feedback information on the total cell interference in the cell. A third feature, called "fast packet scheduling", reduces the packet scheduling cycle. Results have shown that in cases of medium and low load in the cell the decentralized access mode reduces the delay per packet up to 25%. Fast scheduling increases the system capacity up to 10%. Moreover, it improves the QoS experienced by users in terms of throughput per user and delay per transmitted packet.Les systèmes de 3G offrent de nouveaux services support (bearer services) à plus hauts débits pour les modes de transmission "paquet". Ces services vont coexister avec la voix (ou d'autres services temps réels), des scénarios de trafic mixte, voix et données, doivent être envisagés. La norme UMTS permet effectivement aux utilisateurs d'avoir plus d'un service activé simultanément. Les différentes classes de trafic augmentent la complexité de la gestion des ressources radios. Dans ce contexte, deux types de fonctions sont étudiés: l'allocation de TFCI et l'ordonnancement de paquets. Leur impact sur la qualité de service (QoS) ainsi que sur la capacité du système est évalué. On propose des améliorations de ces mécanismes dans le but d'augmenter la capacité du système et par conséquent d'améliorer la QoS des utilisateurs. Les études se restreignent au sens montant, c'est à dire aux transmissions du mobile (User Equipment ou UE) vers le réseau. Un premier mécanisme pour lequel un effort d'amélioration est fait, est l'adaptation du lien radio par variation du débit instantané transmis. On simule le cas d'une transmission multiservice (voix et données). L'UE doit partager un débit global qui lui est alloué entre les différents services activés. Ces derniers sont véhiculés dans des radio bearers (tuyaux supports). À chaque intervalle élémentaire de transmission (Transmission Time Interval, TTI), l'UE sélectionne un sous-débit pour chaque bearer; ceci se fait par la sélection d'un "format de transport" à appliquer pendant la durée TTI. Cette procédure s'effectue dans la couche MAC (Medium Access Control); le résultat de la sélection est une combinaison de formats de transport (Transport Format Combination, TFC) que la couche physique doit utiliser. La procédure, nommée sélection de TFC, permet d'adapter la transmission des différents services aux conditions variables de la propagation radio: elle détermine notablement la performance de transmission. L'algorithme de sélection de TFC est tracé dans ses grandes lignes dans la norme. Un de ses principes est de favoriser le trafic temps réel au détriment des services de données par paquet. Cependant, le trafic temps réel peut être perturbé par le trafic de données sous certaines conditions, en particulier pour les mobiles éloignés de la station de base (Node B). On propose un algorithme de sélection de TFC qui limite ces perturbations et qui offre une plus large zone de couverture aux services temps réels. En plus, il améliore la QoS du service de données et le débit effectif de l'UE sans augmenter sa puissance de transmission. Un autre type d'études concerne l'ordonnancement de paquets entre les différents utilisateurs ou UEs. C'est une procédure qui est contrôlée par la partie fixe du réseau. Nous l'étudions principalement par simulation en considérant divers mécanismes ou variations. Un premier mécanisme est nommé fast Variable Spreading Factor (fast VSF): les UEs distants changent rapidement leur facteur d'étalement (SF) afin de conserver une puissance de transmission constante, ce qui vise à stabiliser l'interférence inter-cellulaire. Un deuxième mécanisme étudié est un accès paquet décentralisé (decentralized mode) utilisant une information en retour sur le niveau global d'interférence dans la cellule. Un troisième mécanisme nommé "fast scheduling" (ordonnancement rapide) raccourcit le cycle d'ordonnancement. Les résultats ont montré que dans le cas de faible ou moyenne charge dans la cellule, le mode décentralisé réduit le délai par paquet jusqu'à 25 %. L'ordonnancement rapide augmente la capacité du système jusqu' à 10%. En plus, il améliore la QoS perçue par les utilisateurs en terme de débit par utilisateur et délai par paquet transmis