Understanding LTE and its Performance

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Understanding LTE and its Performance

by Tara Ali-Yahiya

· Hardcover: 280 pages

· Publisher: Springer; 1st Edition. edition (July 29, 2011)

· Language: English

· ISBN-10: 1441964568

· Price: $81.27







The aim of this book is to provide comprehensive coverage of current state of the art theoretical and technological aspects of broadband mobile and wireless networks focusing on Long Term Evolution Network. The presentation starts from basic principles, and proceeds to the most advanced topics. Provided schemes are developed and oriented in the context of actual closed standards of the IEEE working groups and the 3 GPPP LTE. Also this book will focus on the understanding of the LTE technology as well as the study of its performance in terms of mobility, quality of service, security, resource allocation.



TOC:



Part I Understanding LTE

1 Introduction to Mobile Broadband Wireless . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1 Mobile Generation Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1.1 First-Generation Mobile 1G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.1.2 Second-Generation Mobile 2G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.1.3 Third-Generation Mobile 3G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.1.4 The Path Toward 4G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2 LTE and Other Broadband Wireless Technologies . . . . . . . . . . . . . 7

1.2.1 Mobile WiMAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.2.2 WiFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.3 Overview of LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.3.1 Relevant Features of LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.3.2 Relevant Features of LTE-Advanced . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.4 Summary and Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2 Network Architecture and Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.1 Architecture Model and Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2 Architecture Reference Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2.1 Functional Description of LTE Network . . . . . . . . . . . . . 19

2.2.2 Reference Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.3 Control and User Planes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.3.1 User Plane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.3.2 Control Plane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.3.3 X2 Interface in User and Control Planes . . . . . . . . . . . . . 28

2.3.4 S1 Interface in User and Control Planes . . . . . . . . . . . . . 28

2.4 Multimedia Broadcast and Multicast Service (MBSM) . . . . . . . . 29

2.4.1 MBMS Service Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.4.2 MBMS Service Deployment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.5 Stream Control Transmission Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.6 Network Discovery and Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.7 Radio Resource Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.7.1 Radio Bearer Control (RBC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.7.2 Connection Mobility Control (CMC) . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.7.3 Dynamic Resource Allocation (DRA) – Packet Scheduling (PS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.7.4 Inter-cell Interference Coordination (ICIC) . . . . . . . . . . . 35

2.7.5 Load Balancing (LB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.7.6 Inter-RAT Radio Resource Management . . . . . . . . . . . . . 35

2.7.7 Subscriber Profile ID for RAT/Frequency Priority . . . . . 35

2.8 Authentication and Authorization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.8.1 User Authentication, Key Agreement, and Key Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.8.2 Signaling and User-Plane Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.9 Summary and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3 LTE Radio Layer Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.1 Layer 2 Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.2 MAC Sublayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.2.1 Logical Channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.2.2 Transport Channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.2.3 Mapping of Transport Channels to Logical Channels . . 45

3.2.4 MAC Transport Block Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.2.5 HARQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.2.6 Buffer Status Reporting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.2.7 Random Access Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.2.8 Scheduling Request . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.3 PDCP Sublayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.3.1 Header Compression and Decompression . . . . . . . . . . . . 51

3.3.2 Ciphering and Deciphering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.3.3 Integrity Protection and Verification . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.4 RLC Sublayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.5 Summary and Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

4 LTE Phyiscal Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

4.1 LTE Fundamental Concepts of PHY Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

4.1.1 Single-Carrier Modulation and Channel Equalization . . 55

4.1.2 Frequency Division Multiplexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4.1.3 OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4.1.4 Link Adaptation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4.1.5 Generic Radio Frame Structure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.1.6 Downlink Reference Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

4.1.7 Uplink Reference Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.1.8 Downlink Control Channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

4.1.9 Uplink Control Channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

4.2 MIMO and LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

4.3 MIMO and MRC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

4.4 Summary and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Part II LTE Key Features

5 Quality of Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

5.1 QoS Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

5.2 QoS Control at Bearer Level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

5.2.1 QoS Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

5.2.2 Network Initiation QoS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

5.3 QoS Control at Service Data Flow Level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

5.3.1 Policy and Charging Control Rule . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

5.4 Multimedia Session Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

5.4.1 Session Initiation Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

5.4.2 Registration and IMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

5.4.3 QoS Provisioning and IMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

5.5 Summary and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

6 Interworking Design for LTE Convergence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

6.1 General Design Principles of the Interworking Architecture . . . . 92

6.2 Interworking Scenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

6.3 LTE Interworking with IEEE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

6.3.1 Mobile WiMAX and LTE Interworking Architecture . . 93

6.3.2 WLAN and LTE Interworking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

6.3.3 Network Discovery and Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

6.4 LTE Interworking with 3GPP2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

6.4.1 E-UTRAN and HRPD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

6.5 IEEE 802.21 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

6.6 Summary and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

7 Mobility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

7.1 Mobility Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

7.1.1 Location Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

7.1.2 Handover Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

7.2 Mobile IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

7.2.1 Registering the Care-of Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

7.2.2 Automatic Home Agent discovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

7.2.3 Tunneling to the Care-of Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

7.2.4 Proxy and Gratuitous Address Resolution Protocol (ARP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

7.3 Differences Between IPv4 and IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

7.3.1 Reverse Tunnels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

7.3.2 Use of Route Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

7.4 Proxy Mobile IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

7.4.1 Idle Mode Mobility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

7.4.2 Active Mode Mobility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

7.4.3 Handover Using the S1 Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

7.4.4 Inter-MME Handover Using the S1 Interface (Without Changing S-GW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

7.5 Inter-RAT Handover: E-UTRAN to UTRAN Iu Mode . . . . . . . . . 122

7.6 Summary and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

8 LTE and Femtocell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

8.1 Behind Femtocell Emergence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

8.2 Femtocell Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

8.3 Femtocell Benefits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

8.3.1 User Benefits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

8.3.2 Operator Benefits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

8.4 LTE Femtocell Design Issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

8.4.1 LTE Femtocell Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

8.5 LTE Femtocell Deployment Scenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

8.5.1 Scenario 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

8.5.2 Scenario 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

8.5.3 Scenario 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

8.6 Femtocell Access Control Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

8.6.1 CSG Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

8.6.2 Physical Cell Identity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

8.7 LTE Femtocell Challenges and Technical Issues . . . . . . . . . . . . . . 136

8.7.1 Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

8.7.2 Spectrum Allocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

8.7.3 Access Mode Impact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

8.7.4 Security and Privacy Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

8.7.5 Synchronization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

8.7.6 Mobility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

8.8 Summary and Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

Part III LTE Performance

9 Downlink Radio Resource Allocation Strategies in LTE Networks . 147

9.1 An Overview of Resource Allocation Techniques in OFDMA Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

9.2 System Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

9.3 OFDMA Key Principles – Analysis and Performance Characterizations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

9.3.1 OFDMA Slot Structure in LTE Generic Frame . . . . . . . . 150

9.3.2 Adaptive Modulation and Coding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

9.3.3 Multiuser Diversity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

9.3.4 Capacity Analysis – Time and Frequency Domain . . . . . 152

9.4 Proposed Radio Resource Allocation Strategies . . . . . . . . . . . . . . 154

9.4.1 Problem Formulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

9.4.2 Adaptive Slot Allocation (ASA) Algorithm . . . . . . . . . . 156

9.4.3 Reservation-Based Slot Allocation (RSA) Algorithm . . 157

9.5 Performance Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

9.5.1 Simulation Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

9.5.2 Simulation Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

9.6 Summary and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

10 Performance Study of Opportunistic Scheduling in LTE Networks . 167

10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

10.2 Downlink System Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

10.3 Opportunistic Packet Scheduling Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

10.3.1 Proportional Fairness (PF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

10.3.2 Maximum Largest Weighted Delay First (M-LWDF) . . 169

10.3.3 Exponential Proportional Fairness (EXP/PF) . . . . . . . . . 170

10.4 Simulation Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

10.5 Traffic Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

10.6 Simulation Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

10.6.1 Packet Loss Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

10.6.2 Delay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

10.6.3 Throughput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

10.6.4 Fairness Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

10.6.5 Cell Spectral Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

10.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

11 Cross-Layer Multiservice Scheduling for LTE Networks . . . . . . . . . 181

11.1 Channel-Based Scheduling Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

11.1.1 Modified Largest Weighted Delay First (M-LWDF) Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

11.1.2 Exponential (EXP) Algorithm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

11.1.3 Delay-Based Utility Optimization Algorithm . . . . . . . . . 183

11.1.4 Maximum Fairness (MF) Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . 183

11.2 Channel-Aware Class-Based Queue (CACBQ) – The Proposed Solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

11.2.1 System Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

11.2.2 Channel-Aware Class-Based Queue (CACBQ) Framework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

11.3 CACBQ Performance Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

11.3.1 Simulation Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

11.3.2 Traffic Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

11.3.3 Simulation Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

11.3.4 Fairness and Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

11.4 Summary and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

12 Fractional Frequency Reuse in LTE Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

12.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

12.2 Proposed Design for LTE Network Architecture . . . . . . . . . . . . . . 200

12.2.1 Radio Resource Allocation Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

12.2.2 Link Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

12.2.3 Problem Formulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

12.3 Hierarchical Resource Allocation Approach (HRAA) . . . . . . . . . 203

12.3.1 Resource Allocation at RRC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

12.3.2 Resource Allocation at the eNodeB . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

12.4 Numerical Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

12.4.1 Simulation Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

12.4.2 Simulation Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

12.5 Summary and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

13 Performance Study of MobileWiMAX and LTE Interworking . . . . 211

13.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

13.2 Handover Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

13.3 Mobile WiMAX and LTE Interworking Architecture . . . . . . . . . . 213

13.4 Handover Decision-Based Neyman–Pearson Lemma . . . . . . . . . . 215

13.5 Handover Execution Based on FMIPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

13.6 Performance Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

13.6.1 Scenario 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

13.6.2 Scenario 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

13.6.3 Scenario 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

13.7 Simulation Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

13.8 Summary and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

14 LTE Femtocell Integration withWireless Sensor/Actuator Networks

and RFID Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

14.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

14.1.1 Handover Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

14.2 Motivation and Proposal Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

14.3 Scheme A: RFID-Assisted Network Movement Detection . . . . . . 231

14.3.1 System Architecture Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

14.3.2 Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

14.4 Scheme B: Deploying RFID and WSAN for Improving Handover at Link and Network Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

14.4.1 System Architecture Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

14.4.2 Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

14.5 Theoretical Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

14.5.1 Time Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

14.6 Performance Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

14.6.1 Simulation Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

14.6.2 Accuracy Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

14.6.3 Time Latency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

14.7 Summary and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

Appendix A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247






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