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Design of hybrid topologies using higher order sectorisation for performance enhancement of 5G radio access network
Journal of Ambient Intelligence and Humanized Computing Pub Date : 2021-06-17 , DOI: 10.1007/s12652-021-03339-x
Saraju Prasad Padhy , Madhusmita Panda , Srinivas Sethi , Aruna Tripathy

The fifth generation mobile network is planned not only to enhance capacity up to 20 Gbps but also able to connect a variety of devices ranging up to one million per square km and having diversified requirements and applications with the latency of less than one millisecond. Hence it becomes very important to utilize all available network resources judiciously to obtain the vision of IMT 2020. Performance gains of a 5G New Radio (NR) are evaluated in this paper after deployment of homogeneous six and nine sectors per site in terms of considered Key Performance Indicators (KPIs). Further two hybrid-network topologies are proposed with a combination of three, six, and nine sectors on the basis of performances measured in terms of selected KPIs. KPIs like SINR, Average data throughput per user, sectorisation gain, relative energy consumption, coverage and relative power efficiency obtained for proposed topologies i.e., Architecture-2 and Architecture-6 are found to be 2.3 dB, 2.05, 1.96, 1.35, 161%, 1.13 and 0 dB, 2.23, 2.1, 1.86, 191%, 1.44 respectively in comparison to standard three sector configuration. Although the relative energy consumption (ER) is found to be highest for Archicture-6, it provides the best relative power efficiency (RPE) of 1.44 which indicates that the proposed architecture is quite energy efficient. Both hybrid network topologies in general and Architecture-6 in particular is found to provide significantly high-performance gains and thus can be a suggested as a potential solution to meet high traffic demands at localized areas and hot spots.



中文翻译:

使用高阶扇区化设计混合拓扑以增强 5G 无线接入网络的性能

第五代移动网络计划不仅将容量提升到20Gbps,而且可以连接各种设备,每平方公里可达100万个,具有多样化的需求和应用,时延小于1毫秒。因此,明智地利用所有可用的网络资源来实现 IMT 2020 的愿景变得非常重要。 本文评估了在每个站点部署同质 6 和 9 个扇区后的 5G 新无线电 (NR) 的性能增益。绩效指标 (KPI)。根据所选 KPI 衡量的性能,还提出了另外两种混合网络拓扑结构,其中包含三个、六个和九个扇区的组合。KPI,例如 SINR、每个用户的平均数据吞吐量、扇区化增益、相对能耗、发现针对建议拓扑(即架构 2 和架构 6)获得的覆盖范围和相对功率效率分别为 2.3 dB、2.05、1.96、1.35、161%、1.13 和 0 dB、2.23、2.1、1.86、191%、1.44与标准的三扇区配置相比。尽管发现架构 6 的相对能耗 (ER) 最高,但它提供了 1.44 的最佳相对功率效率 (RPE),这表明所提出的架构非常节能。发现一般的混合网络拓扑和特别是架构 6 都提供了显着的高性能增益,因此可以建议作为满足局部区域和热点高流量需求的潜在解决方案。与标准三扇区配置相比,架构 2 和架构 6 分别为 2.3 dB、2.05、1.96、1.35、161%、1.13 和 0 dB、2.23、2.1、1.86、191%、1.44。尽管发现架构 6 的相对能耗 (ER) 最高,但它提供了 1.44 的最佳相对功率效率 (RPE),这表明所提出的架构非常节能。发现一般的混合网络拓扑和特别是架构 6 都提供了显着的高性能增益,因此可以建议作为满足局部区域和热点高流量需求的潜在解决方案。与标准三扇区配置相比,架构 2 和架构 6 分别为 2.3 dB、2.05、1.96、1.35、161%、1.13 和 0 dB、2.23、2.1、1.86、191%、1.44。尽管发现架构 6 的相对能耗 (ER) 最高,但它提供了 1.44 的最佳相对功率效率 (RPE),这表明所提出的架构非常节能。发现一般的混合网络拓扑和特别是架构 6 都提供了显着的高性能增益,因此可以建议作为满足局部区域和热点高流量需求的潜在解决方案。尽管发现架构 6 的相对能耗 (ER) 最高,但它提供了 1.44 的最佳相对功率效率 (RPE),这表明所提出的架构非常节能。发现一般的混合网络拓扑和特别是架构 6 都提供了显着的高性能增益,因此可以建议作为满足局部区域和热点高流量需求的潜在解决方案。尽管发现架构 6 的相对能耗 (ER) 最高,但它提供了 1.44 的最佳相对功率效率 (RPE),这表明所提出的架构非常节能。发现一般的混合网络拓扑和特别是架构 6 都提供了显着的高性能增益,因此可以建议作为满足局部区域和热点高流量需求的潜在解决方案。

更新日期:2021-06-18
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