I n d on e s i an   Jo u r n al   o f  El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   15 ,   N o .   2 ,  A ugus t   20 1 9 ,   pp .   962 ~ 9 7 0   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 5 .i 2 . pp 962 - 9 7 0             962       Jou r n al   h o m e pa ge :  ht t p: / / i ae s c or e . c om / j our na l s / i nde x . php/ i j e e c s   Heter o g e n e o u s  m o d e l l i n g   f r a m e w o r k   f o r   5 G   u r b a n   m a c r o   u l t r a   d e n se  n e t w o r k s       F ayad   G h aw b ar 1 ,   F ai z   A .   S ap a r u d i n 2 ,   Ju m ad i   A .   S . 3 ,   A i m i   S .   A   G h a far 4 ,   N .     K at i r an 5   1 , 2 , 3 , 4 F a c ul t y   of   E ng i ne e r i ng   T e c hno l o gy ,   U ni v e r s i t i   T u n  H u s s e i n   O nn  M a l a y s i a   P a g o h  C a m pus ,   M a l a y s i a   5 F a c ul t y   of   E l e c t r i c a l   a nd   E l e c t r o ni c   E ng i ne e r i ng ,   U n i v e r s i t i   T un   H us s e i n   O nn   M a l a y s i a   P a g o h  C a m pus ,   M a l a y s i a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d   O c t   9 ,   2018   R e v i s e d  M a r   1 ,   201 9   A c c e pt e d  M ar   2 2 ,   201 9       T he   e xpl o s i v e   g r o w t h  o f   m o bi l e   d e v i c e s   i s   t he   m a i n  e ng i ne   t o   c o nt i nue   e v o l ut i o n  i n  t he   c o m m uni c a t i o ns   f i e l d .   T he   a m o unt   o f   t r a f f i c   g e ne r a t e d   by   t o da y ’ s   us e r s   i n   a p pl i c a t i o ns   s uc h  a s   h i g h  d e f i n i t i o n  v i de o s ,   c l o ud  c o m put i ng ,   a nd  w e a r a bl e   de v i c e s ,   r e qu i r e   a   d r a s t i c   c ha ng e   i n   m o bi l e   t e l e c o m m uni c a t i o ns .   5G   U l t r a   D e n s e   N e t w o r k  ( U D N )   i s   o ne   o f   t he   ke y   c om po ne nt s   l e a di ng   i n   a c hi e v i ng   t h e   h i g h  c a pa c i t y   f o r   a l l   u s e r s .   I n  U D N ,   t he   num be r   o f   ba s e   s t a t i o n s   o r   a c c e s s   no de s   e qu a l s   o r   e xc e e d s   t he   n um be r   o f   a c t i v e   us e r s   by   uni t   a r e a .   I n  t hi s   pa pe r ,   d i f f e r e n t   m o de l i ng   t e c h ni qu e s   o f   U D N   a r e   s t ud i e d .   M o r e o v e r ,   a   he t e r o g e ne o us   f r a m e w o r k  m o de l i ng   w a s   pr o po s e d.   T h i s   f r a m e w o r k  i l l u s t r a t e d   a   s y s t e m   m o de l   f o r   U D N   ba s e d   o n  U r ba n   M a c r o   ( U M a )   S c e na r i o .   T he   di s t a nc e   d e pe nde n t   pa t h  l o s s   m o de l   f o r   U M a   w a s   pr e s e nt e d  a nd  a n a l y z e d.   T he   S i m ul a t i o n  r e s ul t s   o f   pa t h  l o s s   m o de l   i nd i c a t e d  a n  i nc r e a s e   i n  t he   pa t h   l o s s   w i t h  i nc r e a s i ng   t he   di s t a nc e   r a ng e   f r o m   10m   t o   500m .   T he   r e c e i v e d  po w e r   s i m u l a t i o n  r e s ul t s   o f   U s e r   T e r m i na l   ( U T )   di s p l a y e d  t h e   po w e r   i s   a pp r o a c hi ng   z e r o   w he n  t he   di s t a nc e   be t w e e n  t he   B S   a nd  U T   g o e s   be y o nd  250m .   T he r e f o r e ,   i t   i s   a s s um e d  t ha t   U T s   l o c a t e d  250m   a w a y   f r o m   t he   B S   c a n  r e u s e   t he   s ubc ha n ne l   o f   A N   i n  a no t he r   s e c t o r   w i t h  ne g l i g i b l e   i nt e r f e r e nc e .   Ke y w or d s :   5G   H e t e r o ge n e o us   n e t w o r k   S m a l l   c e l l   U D N   m o de l i n g   U l t r a   d e n s e   n e t w o r k  (U D N )   C opy r i gh t   ©   201 9   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e d  E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   F a i z   A .   S a p a r ud i n ,    F a c ul t y   of   E n g i n e e ri n g  T e c hn o l o gy ,   U n i v e r s i t i   T u n   H us s e i n  O nn  M a l a y s i a   P a go h  C a m p us ,     J o h o r,   M a l a y s i a .   E m a i l :   f a i z s @ ut hm . e du . m y       1.   I N TR O D U C TI O N     T h e   e xpl o s i v e   gr ow t h   i n   m o b i l e   de v i c e s   l e a ds   t o   s t a r v i n g  us e r s   f o r   hi g h   d a t a   r a t e   w i t h   po t e n t i a l   c a pa c i t y   a n d  hi g h  t hr o ug h pu t   [1 ,   2] .   W a t c hi n g  t h e   e vo l ut i o n  of   m o b i l e   w i r e l e s s   t e c hn o l o g y   s t a r t i n g  w i t h   2G   t i l l   4G   L T E ,   m a ke   us   r e c o n s i de r   o ur   c u rr e nt   ke y   T e c hn o l o gi e s   f o r   i m p r o v i n g  t h e   qua l i t y   a n d  t h e   s a m e   t i m e   f a c i n g  t h e   qu a n t i t y .   T h e   a nnua l   g r o w t h   of   m ob i l e   da t a   t ra f f i c   f r o m   2013  t o   2018  r e a c h e d  61 %  a s   i n de xe d  b y   Ci s c o   V i s ua l   N e t w o r ki n g   [ 3 ] .   T h e   s i g n i f i c a n t   i n c r e a s e   i n  t h e   m o b i l e   da t a   t r a f f i c   i s   h i g h l y   e xpe c t e d   t o  c o n t i n ue   t hr o ug h   s e ve r a l   c o m i n g  y e a r s   b a s e d  o n   t h e   a c a de m i a   a nd  w i r e l e s s   i n d us t r y   r e s e a r c h e r s .   It   i s   c h a l l e n gi ng  t o   w a t c h   a   huge   g r o w t h   o f   m o b i l e   da t a   t ra f f i c   e xpe c t e d  t o   r e a c h   1000 - f o l d  i n  t h e   t hr o ug h put   o f  5G   by   2020.   I n   M o b i l e   w i r e l e s s   c o m m u n i c a t i o n,   M o b i l e   I nt e rn e t   a n d  I nt e rn e t   o f   T hi n gs   a r e   b e c o m i n g  t h e   m a i n   d r i v i n g  f o r c e s   f o r   s uc h   g r o w t h   i n t o   5G   [ 4 ].   T h e r e fo r e ,   5G   i s   a n   o n go i n g  r e s e a r c h   f o r   e s t a b l i s h i ng  a   v e r y   pr o m i s i n g  b a c kg r o u n d  f o r   m a k i n g  a   b r e a kt hr o ug h  i n   m o b i l e   t e c hn o l o g y .   5G   i s   e xpe c t e d  t o   p r o v i de   h i g h  de m a n d   da t a   ra t e   w i t h  e xt e n s i v e   c a pa c i t y   t ha t   w o ul d  s a t i s fy   t h e   U s e r   n e e d.   H ow e ve r ,   i t   ha s   n e v e r   be e n   e a s y   a s   i t   s e e m s   t o   c o m e   o ut   w i t h   a   f i n a l i z e d  s t a n d a r d  f o r   5G .   S o   m a n y   c h a l l e n ge s   a n d   d ra w b a c ks   n e e d  t o   be   t a c kl e d.   D u ri n g   t h e   e vo l ut i o n   o f   4G   L T E ,   a   n o n s t o p  a dv a n c e m e nt   i n   w i r e l e s s   t e c hn o l o g y   i s   un de r go i n g .   H ow e ve r ,   n o t   t o   t h e   e xt e n t   t ha t   a l l o w s   a n d   p r o v i de   a   f ul l   c o ve r a ge   a nd  e n o ugh   c a p a c i t y   w i t h   s i g n i f i c a n t   n e e ds   s a t i s f a c t i o n   e s pe c i a l l y   w i t h   hi g h   da t a   t r a f f i c .   T h e r e f o r e ,   i t   c o m e s   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       H e t e r og e n e ous   m o de l l i ng  f r am e w or k   f or   5G   ur ba n  m a c r o  u l t r a  de ns e   n e t w or k s   ( F ay ad  G haw bar )   963   ur ge nt   n e e d  fo r   5G   t o   a l l o w   fo r   unn e go t i a b l e   s pe e d  a l l i e d  w i t h   e n o ug h   c o ve r a ge   a n d  hi g h   c a p a c i t y   [5] .   T h o s e   c h a nge s   r e qui r e   a n  e pi c   s hi f t   i n   t h e   ke y   e n a b l i n g  t e c hn o l o gi e s   a r e a s   o f   de v e l o pi n g  5G   c a n   b e   di v i de d  i n t o   t hr e e   s e c t o r s ,   s pe c t r um   e ff i c i e n c y ,   s pe c t r u m   e xpa n s i o n,   a n d  s m a l l   c e l l s   n e t w o r k  de n s i f i c a t i o n.   N e t w o r k  de n s i f i c a t i o n   i s   o n e   o f   t h e   ke y   e n a b l e r   t e c hn o l o gi e s   t o   a dd r e s s   t h e   m o b i l e   da t a   t ra f f i c   c h a l l e n ge   [6 - 8] .   I t   c a n  b e   r e a l i z e d  b y   i n s t a l l i ng  a   h uge   n u m b e r   o f   s m a l l   a c c e s s   po i n t s   w i t h   l o w   t r a n s m i s s i o n   po w e r   a nd  s m a l l   c ove r a ge   a r e a s .   S e c t i o n   2  d i s c us s e s   t h e   5G   U D N   de n s i f i c a t i o n s   w i t h  i t s   f e a t u r e s   a n d  c ha l l e n ge s .       2.   5G   U L TR A   D EN S E   N ETW O R K S   (U D N s )   T h e   U D N s   c a n   b e   de f i n e d  a s   t h o s e   n e t w o r ks   w h e r e   t h e   b a s e   s t a t i o n s   (B S )  de n s i t y   e qua l s   o r   e xc e e d   t h e   de n s i t y   o f  t h e   a c t i v e   us e r s   [9] ,   a n d  t ha t   i s   s ui t a b l e   fo r   c ha r a c t e r i z i ng  t h e   t r a f f i c   pe r   us e r   ra t e   i n c r e a s i n g   s c e n a r i o   w h i l e   t h e   n um b e r   o f   us e r s   m a i nt a i n s   t h e   s a m e   qu a nt i t y   [ 10 ].   T h e s e   i nt e r - s i t e   di s t a n c e s   r a nge   f r o m   a   f e w   m e t e r s   i n   i n do o r   de n s i f i c a t i o n   t o   a l m o s t   50  m e t e r s   i n  o ut do o r   de n s i f i c a t i o n.   I n   ge n e r a l ,   t h e   c l a s s i f i c a t i o n   of   s m a l l   c e l l s   i n  U D N   c a n   b e   di v i de d  i nt o   t w o   c a t e go r i e s ,   t h e   f i r s t   c a t e go r y   i s   t h e   f ul l   w o r ki n g  b a s e   s t a t i o n s   (B S s )  s uc h   a s   P i c o c e l l s   a n d  f e m t o c e l l s .   T h e   s e c o n d  c a t e go r y   i s   t h e   m a c r o - e xt e n s i o n   a c c e s s   n o de s   s uc h   a s   r e l a y s   a n d  R e m o t e   R a di o   H e a ds   (RRH )   [11].   T h e   di f f e r e n c e   i s   t h a t   t h e   f ul l y   a c t i v e   B S s   pe r fo r m   a l l   t h e   t a s ks   of   a   m a c r o c e l l ,   m o r e   s pe c i f i c a l l y ,   do   a l l   t h e   j ob s   of   w h o l e   pr o t o c o l   s t a c k  w h i l e   t h e   e xt e n s i o n - m a c r o   B S s   d o  s o m e   o r   a l l   t h e   t a s ks   o f   t h e   p h y s i c a l   l a y e r   [1 2] .   T h e   f o l l ow i n g  s e c t i o n  d i s c us s e s   t h e   f e a t u r e   o f   t h e s e   s m a l l   c e l l s   a s   f o l l ow s   [ 13 ] :   1)   P i c oc e l l s   a r e   o pe ra t o r  i n s t a l l e d  s m a l l   c e l l s   w i t h   l o w   pow e r   h a v i n g   a   b a c k h a ul i n g  f r o m   F i b e r   a nd  M i c r o w a ve   l i nks   j us t   t h e   s a m e   a s   m a c r o c e l l s .   T h e y   a r e   i n s t a l l e d  i n   c e nt r a l i z e d  f o r m   i n   i n do o r   a nd  o ut do o r   a r e a s   f o r   h o t s po t s   t o   s e r v e   a   f e w   t e n s   o f   a c t i ve   us e r s   r a n g i n g  n o t   m o r e   t ha n  300  m   o r   l e s s .   T h e y   a r e   m a i n l y   de pl oy e d  fo r   i m p r o v i n g  t h e   c a p a c i t y   a nd  t h e   c o ve r a g e   i n   h o t s po t s   (i ndo o r   a n d   o ut do o r ).   T h e y   h a v e   a   t r a n s m i s s i o n  po w e r   r a nge   f r o m   2 3  t o   30  dB m .   2)   F e m t o c e l l s   a r e   s m a l l   c e l l s   w h i c h   a r e   r e c o gn i z e d  a s   h o m e   B S s   s i n c e   t h e y   a r e   i n s t a l l e d  i n   i n do o r   a r e a s   s uc h  a s   o ff i c e s ,   h o m e s   a n d  e nt e r p ri s e s .   T h e y   a r e   t y pi c a l l y   l ow   p ow e r   a nd  l o w   c o s t   a c c e s s   n o de s   s e r v i n g  do z e n s   of   us e r s   w i t h i n   a   d i s t a n c e   l e s s   t h a n   50  m   a n d  w i t hi n   a   po w e r   l e s s   t h a n   23  dB m .   T h e i r   c o nn e c t i o n   t o   t h e   m a i n   n e t w o r k  v i a   c a b l e ,   f i b e r ,   o r  us i ng  D i g i t a l   S ub s c r i b e r   L i n e   (D S L ).   P i c o c e l l s   c a n   b e   o pe r a t i n g   e i t h e r   i n   o pe n   o r   r e gu l a t e d  (c l o s e d  S ub s c r i b e r   G r o up  (CS G )   a c c e s s   poi n t s   [14] .   3)   R e l a y s   a r e   i n s t a l l e d  m a i nl y   f o r   t h e   c o ve r a ge   pu r po s e   w h e r e   t h e   s i g na l   s t r e n gt h   a r e   w e a k  a s   w e l l   a s   i m p r o v i n g   t h e   c ov e r a ge   i n  de a d   a r e a s   s uc h  a s   t u nn e l s   a nd  c e l l   e dge s .   R e l a y s   a r e   de pl o y e d  by   t h e   o pe r a t o r s   a n d  c a n   b e   r o ut e d  f r o m   t h e   b o t h   s i de s   o f   t h e   m a c r o   B S   a n d  u s e r s .   R e l a y s   a n d  P i c o c e l l s   s h a r e   s o m e   f e a t ur e   i n   t e rm s   o f   ha v i n g   l o w   t r a n s m i s s i o n  po w e r   w i t h  t h e   s a m e   c o v e r a ge .   H ow e ve r   t h e i r  pu rpo s e   of  de pl oy m e n t   a r e   di f f e r e n t   a s   P i c o c e l l s   a r e   i n s t a l l e d  t o   i m p r o v e   t h e   c a pa c i t y   w h i l e   R e l a y e d  a r e   de pl o y e d  t o   i m p r o v e   t h e   c ove r a ge .   F u rt h e r m o r e ,   P i c o c e l l s   a r e   c o n s i de r e d  a s   f ul l y   f un c t i o n i n g   a c c e s s   n o de s   w h i l e   r e l a y s   a r e   m a c r o - e xt e n s i o n.   M o r e o v e r ,   t h e y   bo t h   h a v e   di f f e r e n t   b a c kha ul i n g  i n   w hi c h  P i c o c e l l s   ha v e   a n   i de a l   b a c k ha ul i n g  di f fe r   f r o m   r e l a y s   w i t h   w i r e l e s s   b a c kh a ul   i n  a nd  o ut   o f   b a n d.   4)   RRH s   a r e   l o w e r   po w e r   a n d   l o w   c o m pl e xi t y   a c c e s s   p o i n t s     t ha t   a r e   s y n c hr o n i z e d  by   c e n t ra l   p r o c e s s o r   [ 15 ] .   T h e   R RH s   c o ul d  b e   e i t h e r  a   B S   s a m e   a s   t h e   c o n v e n t i o n a l   ne t w o r ks   o r   r e l a y   a c c e s s   n o de s   b ut   n o t   a b l e   t o   e n c o de   o r   de c o de   [ 16 ] .   T h e y   a r e   m a i n l y   i n s t a l l e d  t o   i n c r e a s e   t h e   c ov e r a ge   of   a   c e n t ra l   B S   t o   r e m o t e   ge o gr a p h i c a l   l o c a t i o n s .   R RH S   a r e   c o nn e c t e d  t o   a   c e nt r a l   B S   u s i n g  a n   o pt i c   f i b e r   c a b l e ,   h e n c e   i t   ge n e r a t e s   a   di s t r i b ut e d  B S   [ 13 ] .   Be s i de s ,   t h e y   c a n   b e   de pl oy e d  a s   a n   e xt e n s i o n   f o r   t h e   m a c r o c e l l s   B S   a s   t h e y   a r e   c o n s i de r e d  a s   a   c e nt r a l i z e d  de n s i f i c a t i o n   o ppo s i ng  t h e   d i s t r i b ut e d  de n s i f i c a t i o n  o f   bo t h   p i c o c e l l s   a n d   f e m t oc e l l s .   A s   s h o w n   i n  t a b l e   1  t ha t   f e m t o c e l l s   a r e   de pl o y e d  i n   i ndo o r   s po t s   i n   t hr e e   di f f e r e n t   a c c e s s   c a s e s :   o pe n ,   c l o s e d  a n d   h y b r i d.   A l l   s ub s c r i b e r s   f o r   e a c h   s e r v i c e   o p e r a t o r   c a n   ha v e   a   f ul l   a c c e s s   t o   t h e   n o de   w h i l e   i n   c l o s e d  m o de ,   t h e   a c c e s s   o n l y   po s s i b l e   fo r   Cl o s e d  S ub s c r i b e r   G r o up  (CS G ).   H ow e ve r ,   i n   h y b r i d  m o de ,   t h e   f e m t o c e l l s   a r e   a c c e s s i b l e   by   a l l   s ub s c r i b e r s   w i t h   a   pri o ri t y   t o  t h e   CS G   s ub s c r i b e r s .   a s     pa r t   o f  t h e s e   dr i v e r s ,   m o b i l e   i nt e rn e t   a nd  I n t e rn e t   o f  t h i ngs   a r e   pro m i s i n g  d r i v e r s   f o r   s uc h   a ppl i c a t i o n s   i n   t h e   c o m i n g   t e n   y e a r s   [ 17 ,  18 ] .     F i gur e   1  di s p l a y s   a   U D N   w i t h   v a ri o us   de n s i f i c a t i o n s   s c e n a ri o s .   F i gu r e   1  di s p l a y s   U D N   w i t h   de pl oy e d  s m a l l   c e l l s   i n   U M a   a n d   U M i   S c e n a r i o s   f o r   o ut door   a n d  i n do o r   de n s i f i c a t i o n .   T h e   que s t i o n   i s   w ha t   m a ke s   t h e   U D N s   di ffe r e n t   f r o m   t h e   t r a di t i o na l   U D N s   a n d  w h a t   m a ke s   i t   m o r e   c h a l l e n gi ng.   T h e   a n s w e r   t o   t h i s   que s t i o n   l a y s   be n e a t h   t h e   c o m pl e x  a r c h i t e c t ur e   o f   U D N   w hi c h  r e s ul t s   i n   c h a l l e n gi ng  f e a t u r e s   s uc h   a s ,   t h e   n e e d  fo r   a dv a n c e d  t e c h ni que s   fo r   f r e que n c y   r e us e   i n   U D N s .   T h e   a r c hi t e c t u r e   of   U D N s   a l l ow s   fo r   a n   e xt r e m e   s pa t i a l   r e us e   a n d  t ha t   w i l l   e nha n c e   po t e n t i a l l y   t h e   c a pa c i t y   of   t h e   n e t w o r k  [ 10,   19 ] .   T h e r e f o r e ,   t h e   f r e que n c y   r e us e   t e c hn i que s   i n   U D N   n e e d  a   n e w   i nn o v a t i v e   pa r a di g m   s h i f t   t o   b e   c o n s i de r e d  t o   of fe r   t h e   e xpe c t e d   s i g n i f i c a n t   c a pa c i t y   [20] .   M o r e o ve r ,   e xc e s s i v e   i n t e r f e r e n c e   a m o n g  n e i g h b o r i n g  s m a l l   c e l l s   i s   a   s i g ni f i c a n t   s m a l l   l i m i t i n g  f a c t o r   [21] .   T h e   l a r ge   de pl oy m e n t   n u m b e r   o f  s m a l l   c e l l s   w i t h   s m a l l   c o ve r a ge   a r e a s   ge n e ra t e   c o n t ri b ut e   i n   h i g h   i nt e r f e r e n c e   r a t i o .   T h e r e f o r e ,   a n   i nn o v a t i v e   s t r i c t   i n t e r f e r e n c e   m a n a ge m e nt   t e c hni que s   a r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   15 ,   N o .   2 ,  A ugus t   2 019   :     9 6 2   -   9 7 0   964   r e qui r e d  t o   m i t i g a t e   t h e   i n t e r f e r e n c e   a m o n g   t h e   n e i g h b o r i ng   s m a l l   c e l l s .   I n   a dd i t i o n ,   b a c kha ul i n g  i s   a n o t h e r   due   t o   t h e   e n v i r o n m e n t   o f   U D N   w h i c h  h a s   a   l a rge   n u m b e r   o f   s m a l l   c e l l s ,   h e n c e   de pl o y m e n t   c o s t ,   e qui p m e nt ,   a n d  o pe r a t i n g  m a i nt e n a n c e   ha s   t o   b e   l ow .   D i ffe r e nt   de pl oy m e n t   s c e n a ri o s   of  i n t e r e s t   f o r   U D N   i s   pr e s e n t e d  i n  s e c t i o n   3.           F i gu r e   1 .   U D N   w i t h  de pl o y e d  s m a l l   c e l l s   i n  U M a   a n d   U M i   S c e n a r i o s   f o r   o ut do o r   a nd  i n do o r   de n s i f i c a t i o n       3.   5G   U D N   S C EN A R I O S   O F   I N TER ES T   3. 1 .     U r b an   M i c r o   (U M i )   U M i   w i t h   O ut do o r - to - O ut do o r   a n d  O u t do o r - to - Indo o r   s uc h   a s   o p e n   a r e a   a nd  s t r e e t   Ca n y o n .   I n   U M i ,  t h e   B a s e   S t a t i o n s   (B S s )  a r e   i n s t a l l e d  u n de r   t h e   r o o f t o p  l e ve l   of   t h e   n e a r by   b ui l di n gs   a n d   i t   i s   c o n s i de r e d  t h e   s a m e   a s   3   D i m e n s i o n a l   (3D )  U M i ,   a s   i n d i c a t e d  i n   F i gu r e   1.   D e s c r i b i n g   t h e   o pe n   a r e a   s c e na r i o   i n  U M i   t o  s h o w   t h e   r e a l   pi c t u r e   i n   r e a l   l i f e   s i t ua t i o n   s uc h   a s   s t a t i o n   o r   c i t y   s qua r e .   A n   e xa m p l e   of   t h i s   S c e n a ri o   i s   a   t r a n s m i t t e r   h e i g ht   (T x )  o f   10  m ,   r e c e i ve r   h e i g ht   (R x)  o f   1. 6 - 2 . 5  m   a n d   i nt e r - s i t e   di s t a n c e   (IS D )  o f   5o o   m   [22] .     3. 2 .     U r b an   M a c r o   (U M a)   U M a   i n c l ude s   O ut do o r - to - O ut do o r   a n d  O ut do o r - to - In do o r .   I n   t hi s   S c e n a r i o ,   t h e   B S s   a r e   i n s t a l l e d  o n   t h e   r o o f t o p  of   n e a r by   b ui l di n gs   w hi c h   i s   c o n s i de r e d  t h e   s a m e   a s   3D   S c e n a ri o   o f   U M a   [23].   A n   e xa m pl e   o f  t h i s   S c e n a ri o   i s   a   t r a n s m i t t e r   h e i g h t   o f   25  m ,   r e c e i ve r   of   1. 5 - 2. 5 m   a n d  i n t e r - s i t e - di s t a n c e   of   500m .   T a b l e   1  di s pl a y s   t h e   pa ra m e t e r s   f o r   b o t h   U M a   a n d   U M i .       T a b l e   1 .   E v a l ua t i o n   P a r a m e t e r s   o f   U M a   a n d   U M i   [ 22 ]   P a ra m e t e r s   U M a   U M i   ( s t r e e t   c a n y o n )   Ce l l   l a y o u t   H e x a g o n a l   H e x a g o n a l   N o .   o f   S e c t o r s   3   S e c t o r s   p e r  s i t e   3   S e c t o r s   p e r  s i t e   IS D   500   200   BS   A n t e n n a   H e i g h t   25m   10m   U s e r  h e i g h t   1 . 5 - 2 2 . 5   m   1 . 5 - 2 2 . 5   m   M i n i m u m   D i s t a n c e   ( U s e r - BS )   35m   10m   Ca rri e r   F r e q u e n c y   6 G H Z , 3 0 G H Z   3 0 G H Z   Ba n d w i d t h   2 0 M H Z   f o r  6 G H Z , 1 0 0 M H Z   fo r  3 0 G H Z   1 0 0 M H Z   fo r   3 0 G H Z   T x   P o w e r   4 9 d Bm   a t   6   G H z , 3 5 d B m   a t   3 0 G H Z   3 5 d Bm   a t   3 0 G H Z       3. 3 .   I n d oo r   In   t hi s   S c e n a r i o ,   i t   de s c r i b e s   t h e   t y pi c a l   e n v i r o n m e n t   s c e na r i o s   s uc h   a s   off i c e ,   a pa rt m e nt s ,   a n d   s h o ppi n g  m a l l s .   I n   i n do o r   o ff i c e   s c e n a ri o ,   i t   c a pt u r e s   t h e   o p e n   a r e a s ,   c ub i c l e s ,   o ff i c e s   w i t h   f ul l   w a l l s ,   c o r r i do r s   e t c .   a s   s h o w n   i n   F i gu r e   1 .   T h e   i n s t a l l m e n t   o f   B S s   i n   t h e   o ff i c e   i s   do n e   e i t h e r   o n   t h e   w a l l s   o r   c e i l i n gs   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       H e t e r og e n e ous   m o de l l i ng  f r am e w or k   f or   5G   ur ba n  m a c r o  u l t r a  de ns e   n e t w or k s   ( F ay ad  G haw bar )   965   a t   h e i g h t   o f   2 - 3  m .   In   a   s h o ppi n g  m a l l   s c e n a ri o   a bo ut   1 - 5  s t o r i e s ,   t h e   B S s   a r e   i n s t a l l e d  o n   t h e   c e i l i n gs ,   w a l l s   o r   s h o ps   a t   a   h e i g ht   o f   3  m .   A n   e xa m pl e   o f   t h i s   S c e n a ri o   i s   a   t r a n s m i t t e r   h e i g ht   o f   2 - 3  m ,   r e c e i ve r   o f   1. 5  m   a n d  i n t e r - s i t e - di s t a n c e   o f   500  s qua r e   m e t e r s   [ 22 ].     3. 4 .   D e v i c e - to - D e v i c e   (D 2D ) / V e h i c l e - to - V e h i c l e   (V 2V )   T h e   a c c e s s   of   D 2D   i s   t hr o ugh   o pe n  a r e a ,   i ndo o r ,   a nd  s t r e e t   c a n y o n   w h i l e   V 2V   i s   c o n s i de r e d  a s   a   s pe c i a l   due   t o   i t s   h i g h   m o b i l i t y .       4.   U D N   M O D ELLI N G   TEC H N I Q U ES   T h e r e   a r e   di f f e r e n t   t e c hni que s   a r e   us e d  t o   m o de l   U D N s   w i t h   d i f fe r e nt   P e r f o r m a n c e   m e t r i c s .   S t o c h a s t i c   G e o m e t r y ,   G a m e   T h e o r y ,   a n d  M a rko v   c h a i n   a r e   o n e   of   t h e s e   t e c h n i que s .   G a m e   T h e o r y   i s   a   s t ud y   b a s e d  o n   a p pl i e d  m a t h e m a t i c a l   m o de l s   c o n s i s t s   o f   c o n f l i c t s   a n d  c o o p e r a t i o n   a m o n g  i nt e l l i ge n t   de c i s i o n  m a ke r s .   I t   c o n t a i n s   a   v a r i e t y   of   t e c h n i que s   a nd  t o o l s   us e d  t o  pr o v i de   a   r e a s o na b l e   s o l ut i o n   t o   t h e   c o n f l i c t s   of  i n t e r e s t   b e t w e e n   g r o ups   o f   r a t i o na l   e n t i t i e s .   A   t h e o r e t i c   ga m e   c a n   b e   c l a s s i f i e d  i nt o   t hr e e   m a i n   c o m po n e n t s   c a l l e d,   pl a y e r s ,   a c t i o n s ,   a n d  p a y of fs   [24].   I n  U D N ,   a   w i de   re s e a r c h   a r e a   f o r   G a m e   t h e o r y   a ppr o a c h e s   c a n  b e   e xpl o i t e d  s uc h   a s   i nt e r f e r e n c e   m a na ge m e n t ,   s m a l l   c e l l s   di s c ov e r y ,   us e r s   a s s o c i a t i o n ,   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n   a nd  ha n do v e r   of   us e r   s ubs c r i b e r s .   H ow e ve r ,   t h e r e   i s   a   que s t i o n i n g  a b o ut   t h e   s c a l a b i l i t y   of   ga m e   t h e o r y   w i t h   a   l a r ge   num b e r   o f  a c c e s s   n o de s   o r   pl a y e r s   a t   U D N s   i n   w h i c h   t he r e   i s   a   l i m i t a t i o n   i n   o pt i m i z a t i o n   t hi s   num b e r   of  n o de s   [ 9 ].   In   a ddi t i o n,   t h e   i m pa c t   o f   t h e   s t o c h a s t i c  m o de l l i n g   o n   s m a l l   c e l l s   U D N s   i n   s pa t i a l   d i s t r i b ut i o n   h a s   s h o w n   s i gni f i c a n t   r e s ul t s   c o m pa r e d  t o   t h e   t ra d i t i o n a l   m o de l l i n g  t e c hni que s   a s   s h o w n   i n   t h e   l i t e r a t u r e   [7].   I n   U D N ,   t h e   u n p l a nn e d  ra n do m   de pl o y m e n t   o f   t h e   s m a l l   c e l l s   m a ke s   t h e   s t o c h a s t i c   ge o m e t r y   a s   a   c r uc i a l   m o de l l i n g  t e c hni que   t o   f i t   t h e   ra n do m   e n v i r o nm e nt   [ 25 ] .   T he   p o s i t i o n   o f  U N D   a c c e s s   n o de s   c a n   b e   m o de l l e d   i n   t w o - or - t hr e e   di m e n s i o na l   E uc l i de a n   s p a c e   po i n t   p r o c e s s   (P P )  w h i c h   i s   c o n s i de r e d  a s   a   s ub - f i e l d  of  s t o c h a s t i c   ge o m e t r y .   B e s i de s ,   t h e   M a r ko v   pr o c e s s   i s   de f i n e d  a s   a   s t o c h a s t i c   p r o c e s s   w h i c h   m a t c h e s   t h e   M a r ko v   pr o pe r t i e s   w h e r e   t h e   c o n d i t i o n a l   de pe n de n c e   i s   o n   t h e   p r e s e n t   s t a t e   w h i l e   b o t h  f ut u r e   a n d   pa s t   a r e   i n de pe n de n t   [ 26 ] .   I n  c e l l ul a r   n e t w o r ks ,   M a rko v   c h a i n   ha s   b e e n   a pp l i e d  a s   a   m o de l l i ng  t e c hni que   us e d  f o r   o pt i m i z a t i o n.   T h e   u n pl a nn e d  a n d  ra n do m   e n v i r o nm e nt   s t r uc t u r e   o f  U D N ,   m a ke s   M a r ko v   c h a i n   a   s i g ni f i c a nt   t e c hn i q ue   f o r   m o de l l i n g   s uc h  e n v i r o nm e n t   [ 27 ] .   F r o m   t h e   r e v i e w s   a bo ve   of   t h e s e   di f fe r e nt   m o de l l i n g  t e c hn i q ue s ,   i t   c a n   b e   s e e n   t ha t   t h e   s t o c h a s t i c   G e o m e t r y   a r e   t h e   m a i n   po t e n t i a l   t e c hni que   f o r   m o de l l i n g  t h e   U D N s   b e c a us e   of   t h e   r a ndo m n e s s   a n d  i rr e gul a r i t y   of   U D N s .   T h e   i rr e gul a r i t y   o f   U D N   A c c e s s   n o de s   de pl oy m e n t   i s   due   t o   t h e   i n f ra s t r uc t u r e   de p l oy m e n t   p ra c t i c a l   l i m i t a t i o n   a n d   a l s o   t h e   a v a i l a b i l i t y   of   m o b i l e   de v i c e s   a s   c o n t e n t   p r o v i de r s .  S e c t i o n   5   b e l ow   pr o po s e d  a   m o de l   f o r   U D N   us i n g  a   s i n g l e   c e l l   i n   U M a   s c e na r i o   w i t h   a   h e xa go na l   l a y o ut .   S t o c h a s t i c   ge o m e t r y   c a n   b e   us e d   a s   w e l l   t o   m o d e l   t h e   s i n g l e   c e l l   us i n g  P o i s s o n   P o i n t   P r o c e s s   l a y o ut   (P P P ) .       5.     P R O P O S ED   U D N   S Y S T EM   M O D E L   W e   c o n s i de r  a   do w n l i n k  M u l t i - I n pu t   M u l t i - O ut pu t   (M I M O )  s i n gl e   c e l l   h e t e r o ge n e o us   U M a   n e t w o r k.   T h e   c oo r di na t e s   o f   t h e   A c c e s s   N o de s   (A N s )  a n d  t h e   U s e r   T e r m i na l s   (U T s )  f o l l ow   t h e   h e xa go n a l   c e l l   l a y o ut   w i t h  t h e   de n s i t y   o f   A N s   pe r  s e c t o r   de n o t e d  a s     a n d   t h e   de n s i t y   of   U T s   pe r   s e c t o r  de n o t e d  as   w h e r e ,   ≥ fo r   U D N   .   T h e   n e t w o r k  c e l l   i s   r e f e r r e d   a s   m   w h i c h  i s   d i v i de d  i nt o   3   s e c t o r s   w i t h  b a s e   s t a t i o n   (B S )  a t   t h e   c e n t e r .   T h e   3  s e c t o r s   a r e   r e f e r r e d  a s   s e c t or   i   w h e r e   i   ∈   { 1,   2,   3} .     E a c h   A N   i s   r e f e r r e d  a s   n   a n d  t h e   c e l l   m   h a s     s e t s   of   A N s   w h e r e   n   =   { 1 ,   2 ,   3, …,   ‖   ‖ } .   I n  a dd i t i o n,   e a c h   s e c t o r   i   ha s   ,    w h e r e   ,   ⊂      .   E a c h  us e r  U T   i s   r e f e r r e d   a s   u  a n d   t h e   c e l l   h a s       s e t s   o f   U T s   w h e r e   u   =   { 1,   2,   3 , … ,   ‖   ‖ } .   B e s i de s   e a c h   s e c t o r   ha s   ,   U T s   w h e r e   ,   ⊂      .   T h e   B S   o f   c e l l   m   s e rv e s       s e t s   o f   U T s   w i t h   di f f e r e n t   t r a f f i c   de m a n ds .   T h e   t o t a l   b a n dw i dt h   o f   t h i s   n e t w o r k    i s   di v i de d  i nt o   K   n u m b e r   o f   s e t s   of   s ubc h a nn e l s ,   K =  { K1 ,  K2 ,  K3   }   i n   w hi c h   e a c h   s e c t o r   i s   a s s i g n e d  t o   o n e   s ub c h a nn e l .   A l l   A N s   a n d   U T s   c o n s i s t   o f   t w o   a n t e nna s   w h e r e   t h e   B S   ha s   t w o   a n t e nna s   pe r  s e c t o r .   F i gu r e   2   di s p l a y s   t h e   c e l l   l a y o ut   of   s i ngl e   c e l l   U D N   i n   U M a .   A s s um e   t h e   t ra n s m i t t e r   a nd  r e c e i ve r   a n t e nna s   a r e   i s o l a t e d  t o   a vo i d  a n y   i n t e r f e r e n c e   a t   U T .   T h e r e f o r e ,   U T   c a n   r e c e i ve   a n d  t ra n s m i t   s i m u l t a n e o us l y .   Be s i de s ,   e v e r y   s m a l l   c e l l   A N   s e r v e s   l i n ke d  us e r s   w i t h   e qu a l   po w e r   a l l o c a t i o n  a n d   z e r o   f o r c i n g  b e a m f o r m i n g  t o   r e duc e   t h e   n e t w o r k  c o m pl e xi t y   [ 9 ].   T h e   po w e r   r e c e i v e d  i n  U T   f r o m   t h e   B S   i s   de n o t e d  a s    , w h i c h  de pe nds   o n  t h e   di s t a n c e   m e a s u r e d.   T h e   r e c e i v e d   pow e r   i s   a   f u n c t i o n  o f   t h e   po w e r   o f   t ra n s m i s s i o n   f r o m   t h e   U T   t o   t h e   B S   w h i c h   i s   de n o t e d  a s    , ,   t h e   a t t e n u a t i o n   ga i n     " ( " , " )   a nd  t h e   G a i n  o f   o f   t h e   U T   f r o m   t h e   B S    , .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   15 ,   N o .   2 ,  A ugus t   2 019   :     9 6 2   -   9 7 0   966   A s s um i n g   t h e   l o n g   n o rm a l   s ha do w i n g  ᵡ   i n  dB .   T h e   ga i n   pa t t e rn  f o l l ow s   t h e   o n e   s pe c i f i e d  i n  [ 22 ]   a s     dB " ( " = 90 ° , " ) = − mi n { 12 ( " 3 dB ) , m ax   }                                                                                             (1)     w h e r e   3 dB =   65 ° ,  m ax = 30 dB   a n d   " ∈ [ − 180 ° ,   180 ° ] .   T h e   r e c e i v e d  pow e r   a t   U T   c a n  b e   c a l c ul a t e d  a s        , =   ,   ×     " ( " , " )   ×    ,                                                                                                                  (2 )      , = 10 − (  ,   + ᵡ ) / 10                                                                                                                                  (3 )     T h e   G a i n   o f  B S   a n d  U T   de pe n ds   o n   t h e   pa t h   l o s s   m o de l   of   t h e   di s t a n c e   b e t w e e n   B S   a n d  U T   a s   di s c us s e d  i n   s e c t i o n   6.           F i gu r e   2 .   N e t w o r k  L a y o ut   f o r   s i n g l e   c e l l       6.   P A TH   L O S S   M O D E L  F O R   U M a    In  t hi s   s e c t i o n,   t h e   pa t h  l o s s   o f   U m a   i s   m o de l l e d  b a s e d  o n   t h e   m o de l l i n g   e qua t i o n s   i n  T a b l e   2.   T hi s   m o de l   i s   m e a s u r e d  o n   a   d i s t a n c e   f r o m   10 m   t o   500m   i n  o ut do o r   f o r   2D   a nd  3D   d i s t a n c e .   I n   a dd i t i o n ,   i t   i n c l ude s   t h e   pa t h   l o s s   m o de l l i n g  f o r   L O S   a n d  N L O S .   T h e   di s t a n c e   de f i ni t i o n s   f o r   2D   a n d  3D   i n do o r   a n d  o ut doo r   a r e   i n d i c a t e d   i n  F i gu r e   3.   T h e   pa ra m e t e r s   n e e de d  f o r   pa t h   l o s s   m o de l   a r e   l i s t e d   a s   w e l l   i n  T a b l e   1 .       T a b l e   2 .   D i s t a n c e   P a t h   l o s s   fo r   U M a   S c e na r i o   [ 22 ]   L O S     = {    2                       ′ ≤ 2 ≤ 500  1                       10   ≤   2 ≤   ′ }                            1 = 28 + 22 lo g ( 3 ) + 20 lo g (  )      2 = 28 + 40 lo g ( 3 ) + 20 lo g (  ) − 9 lo g ( ( ′ ) 2 + ( ℎ  − ℎ  ) )   σ   = 4   1 . 5 ≤ ℎ  ≤ 22 . 5   ℎ    =   2 5 m     N L O S     = m a x (       ,   ′ )  fo r       10 ≤ 2 ≤ 500       ′ = 13 . 54 + 39 . 08 lo g ( 3 ) + 20 lo g (  ) − 0 . 6 ( ℎ  − 1 . 5 )   σ   = 6   1 . 5 ≤ ℎ  ≤ 22 . 5   ℎ    =   2 5 m     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       H e t e r og e n e ous   m o de l l i ng  f r am e w or k   f or   5G   ur ba n  m a c r o  u l t r a  de ns e   n e t w or k s   ( F ay ad  G haw bar )   967       F i gu r e   3 .   D e s c r i pt i o n   o f   d2D   a n d   d3D   f o r   o ut do o r   ( a )   a nd  i ndo o r   (b )  (U T s )       E qua t i o n   4  i s   t o   c a l c ul a t e   t h e   3D   di s t a n c e   fo r   bo t h   o ut do o r   a n d  i ndo o r   c o n s i de r i ng  t h e   a nt e nna   a nd   us e r   h e i g ht .     . 3 − + 3 − = √ ( 2 − + 2 − ) 2 + ( ℎ  − ℎ  ) 2                                                                     (4)           F r o m   t h e   U M a   pa t h  l o s s   m o de l ,   t h e   b r e a k   d i s t a n c e       ′ = 4 ℎ    ′ ℎ  ′ ,   w h e r e     ℎ    ′ ℎ  ′   a r e   t h e   e ffe c t i ve   h e i g ht s   f o r   B S   a n d   U T ,   in      i s   t h e   c e nt e r  f r e que n c y   w h i c h  i s   n o rm a l i z e d  b y   1G H z   w h i l e   = 3 ∗ 10 8 m / s   w h i c h  i s   t h e   p r o pa g a t i o n  v e l oc i t y .   ℎ    ′ =   ℎ  − ℎ ,   w h e r e   ℎ    i s   t h e   a c t ua l   b a s e   s t a t i o n  h e i g h t   w h i l e   ℎ = 1   i s   t h e   e n v i r o nm e n t   e ff e c t i v e   h e i g h t .   ℎ  ′ = ℎ  − ℎ .       7.   R ES U LTS   A N D   D ISCUSSIO N   F i gu r e   4  s h o w s   t h e   pa t h   l o s s   w h e n   l i n e   o f   s i gh t   f o r   U M a   de n s e   n e t w o r k.   T h e   di s t a n c e   m e a s u r e d  a c c o r di n g  t o   t h e   e qua t i o n s   i n   T a b l e   2  w hi c h   r e f l e c t s   t h e   2D   a n d  3D   di s t a n c e   c o n s i de ri n g   t h e   h e i g ht s   o f   b a s e   s t a t i o n s   a nd  t h e   U T s   a s   s h o w n   i n   F i gu r e   3 .   T h e   l i n e   o f   s i ght   p a t h   l o s s   s h o w s   t h e   2  di s t a n c e s   d1  a n d   d2  s t a r t i n g  f r o m   10 m   t o   500m .   T h e   di s t a n c e   i s   m e a s ur e d  b e t w e e n   t h e   B S   a n d  U T .   F i gu r e   4( a )  s h o w s   a n   i n c r e a s e   i n   t h e   p a t h  l o s s   i n  dB   w i t h  i n c r e a s i n g  t h e   d i s t a n c e   a t   1 .   A t   10 m ,   p a t h  l o s s   w a s   44dB   t h e n  i t   ke e ps   i n c r e a s i ng   t i l l   i t   r e a c h e s   111 . 3   dB   a t   5 00m .     F i gu r e   4(b )  b e l ow   s h o w s   t h e   pa t h  l o s s   w h e n  t h e      = 6 .   I t   i n di c a t e s   a n  i n c r e a s e   i n  t h e   pa t h  l o s s   a b o ut   35 . 1  dB   c o m pa r e d  t o   p a t h  l o s s   a t   F i g u r e   4( a ).         (a )     (b )     F i gu r e   4 .   P a t h  l o s s   o f   L O S   (a )  f c = 1G H z   a nd  (b )  f c = 6G H z       F i gu r e   5  i l l us t ra t e s   t h e   pa t h   l o s s   of   N o n - l i n e   o f  s i gh t   (N o n - L O S )  fo r   U M a   U D N   n e t w o r k.   T h e   di s t a n c e   m e a s u r e d  fo r   bo t h   t h e   2D   di s t a n c e   a nd  t h e   3D   c o n s i de r i ng  t h e   h e i g ht s   of   B S s   a n d  t h e   U T s   a s   s h ow n   i n   F i gu r e   3.   T h e   n o n - l i n e   o f   s i gh t   pa t h   l o s s   de m o n s t r a t e s   d1  a n d  d2  s t a r t i n g  f r o m   10 m   t o   500m .   T h e   r e s ul t i n g   pa t h  l o s s   di s pl a y s   a n   i n c r e a s e   i n  t h e   pa t h   l o s s   i n  dB   w i t h  i nc r e a s i n g   t h e   d i s t a n c e   a t   f c   = 1G H z .     A t   500 m   t h e   pa t h  l o s s   r e a c h e s   1 19dB   c o m pa r e d  t o   111. 3dB   a t   L O S .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   15 ,   N o .   2 ,  A ugus t   2 019   :     9 6 2   -   9 7 0   968       F i gu r e   5 .   P a t h  l o s s   o f   N o n   L O S   (P L _N L O S )       In  o r de r   f o r   t h e   n e t w o r k  t o   a c c o m m o da t e   m o r e   us e r s ,   a   s pa t i a l   r e us e   t e c hn i que   i s   r e qui r e d   w h e n e v e r   t h e   c h a nn e l s   a r e   o c c upi e d.   T h us ,   t h e   a na l y s i s   i s   do n e   t o  de f i n e   t h e   i n t e r f e r e n c e   r a nge   o c c ur r e d  by   t h e   t r a n s m i s s i o n   o f   t h e   A N .   B a s e d  o n   e qua t i o n   (2) ,   t h e   U T   r e c e i ve d  pow e r   f r o m   t h e   B S   a s   a   f un c t i o n   o f   t h e   di s t a n c e   b e t w e e n   t h e   B S   a n d   t h e   U T   i s   pl o t t e d  i n   F i gu r e   6.   It   i ndi c a t e s   t h a t ,   a s   t h e   di s t a n c e   b e t w e e n   B S   a nd  U T   g o e s   b e y o n d  250m ,   t h e   r e c e i v e d   pow e r   i s   a ppr o a c h i n g  z e r o .   T h e r e f o r e ,   b a s e d  o n   t hi s   ob s e r v a t i o n ,   i t   i s   a s s um e d  t h a t   a   us e r   l o c a t e d  m o r e   t h a n   25 0m   a w a y   f r o m   t h e   B S   of  a n o t h e r   s e c t o r   c a n   r e us e   t h e   s ubc h a nn e l s   o f  t h e   A N   w i t h  n e gl i g i b l e   i nt e r f e r e n c e .           F i gu r e   6 .   R e c e i v e d  pow e r   o f   U T   f r o m   t h e   B S       8.   C O N C LU S I O N     5G   n e t w o r ks   ul t i m a t e   ra c e   i s   i nt e n s e l y   fo s t e r e d  by   t h e   a m o un t   o f   ge n e ra t e d  t r a f f i c   by   t h e   c urr e n t   us e r s   due   t o   t h e   s i g ni f i c a nt   i n c r e a s e   i n   m o b i l e   de v i c e s .   U l t r a   de n s e   n e t w o r ks   a r e   c o n s i de r e d  a s   a   l e a d i n g   e n a b l i ng  t e c hn o l o g y   t h a t   w i l l   p r o v i de   a n   e f f i c i e n t   c a p a c i t y   a n d  pe r f o r m a n c e   fo r   f ut ur e   n e t w o r ks .   I n   t hi s   pa pe r,   a n  i nt r o duc t i o n  t o   5G   U D N   n e t w o r ks   a n d  i t s   C h a l l e n g e s   w e r e   p r e s e n t e d.   F u r t h e r  r e s e a r c h e s   a r e   n e e de d  t o   i n d i c a t e   t h e   di f fe r e n c e s   be t w e e n   t h e   f un d a m e n t a l s   o f   t ra di t i o na l   H e t e r o ge n e o us   n e t w o r ks   a n d  t ha t   o f  U D N s .   B e s i de s ,   v a r i o us   s c e n a ri o s   fo r   m o de l i ng  t h e   h e t e r o ge n e o us   5G   U D N   w e r e   di s c us s e d  s uc h   a s   U M a ,   U M i ,   D 2D ,   a n d  i ndo o r .   F u r t h e r m o r e ,   di f f e r e n t   m o de l i n g  t e c hni que s   w e r e   s t udi e d  i n   t e r m s   o f   i t s   i m pa c t   o n   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   5G   U D N s   i n c l udi ng.   M o r e o ve r ,   t h e   s y s t e m   m o de l   of   a   s i n gl e   h e t e r o ge n e o us   U D N   m o de l   w a s   pr o po s e d  i n  U M a   s c e n a r i o   b a s e d  o n   5G   pa ra m e t e r s   f o r   v a ri o us   di s t a n c e s .   S t o c h a s t i c   G e o m e t r y   s h ow e d  a   s i g n i f i c a n t   pe r f o r m a n c e   i n  U D N   due   t o   t h e   r a ndo m n e s s   a n d   t h e   i rr e gul a r i t y   of   s m a l l   c e l l s .     T h e   di f f e r e n c e s   i n   t h e   f u n d a m e n t a l s   o f   U D N   e m ph a s i z e   t he   n e e d  f o r   a n  e ff i c i e n t   a n d  a pp r o p r i a t e   pr o pa g a t i o n   m o de l i ng  t e c hni que s .   F u rt h e rm o r e ,   U M a   pa t h   l o s s   m o de l   fo r   5G   U D N   w a s   pr o po s e d  a n d  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       H e t e r og e n e ous   m o de l l i ng  f r am e w or k   f or   5G   ur ba n  m a c r o  u l t r a  de ns e   n e t w or k s   ( F ay ad  G haw bar )   969   a n a l y z e d  fo r   di s t a n c e s   f r o m   10m   t o   500 m .   T h e   s i m u l a t i o n  r e s ul t s   o f   t h e   r e c e i ve d  pow e r   of   U T   di s t a n c e   de pe n de nt   i n d i c a t e d  t ha t   a   us e r   250 m   a w a y   f r o m   t h e   B S   i n   a n o t h e r   s e c t o r   c a n   r e us e   t h e   s ub c h a nn e l   o f   t h e   BS   a s   t h e   r e c e i v e d  p ow e r   a pp r o a c h e s   z e r o   a t   250 m   di s t a n c e   f r o m   t h e   B S .   F o r   f ur t h e r   d i s c us s i o n   o n   5G   U D N   c h a nn e l   M o de l l i n g ,   t h e   o ut do o r - to - i n do o r   f o r   R M a   s h o ul d  b e   c o n s i de r e d.   B e s i de s ,   c o m pl e xi t y   i n   t e rm s   o f  ge n e ra t i n g  c ha nn e l   c o e ff i c e n t s ,   de s c r i pt i o n   a n d  s i m ul a t i o n   s h o ul d  b e   c o n s i de r e d  a s   w e l l .   T h e   pr po s e d  m o de l   s h o ul d  b e   c o n s i s t a nt   i n   t i m e ,   s pa c e   a n d   f r e que n c y .   F urt h e r m o r e ,   t h e   c ha nn e l   m o de l   s h o ul d  c o v e r   a   w i de   r a nge   of   c o upl i n g  l o s s   us i n g  t y pi c a l   c e l l   s i z e   up  t o   r a nge   o f   km   fo r   m a c r o c e l l s .   O n   t h e   o t h e r  h a nd,   t h e   U T   m o b i l i t y   n e e d  t o   be   a c c o m m o da t e d  fo r   a   s pe e d  up  t o   500  km / h .   F o r  f ut ur e   de ve l o pm e n t ,   a   m e t h o do l o g y   f o r   m o de l   e xt e n s i o n s   t o   D 2D   a n d   V 2V   s h o ul d   b e   c o n s i de r e d  w i t h  l a r ge   a n t e nn a   a rr a y s .         A C K N O WL ED G E M EN TS     T h e   a ut h o r   w o ul d  l i ke   t o   t h a n k  U n i v e r s i t i   T u n   H us s e i n   O nn   M a l a y s i a .   T h i s   w o r k  w a s   s uppo r t e d  by  M i n i s t r y   of   E duc a t i o n  u n de r   F u nda m e nt a l   R e s e a r c h   G ra nt s   S c h e m e   (F R G S )  V o t e   1647.       R EF ER EN C ES   [ 1]   D .   Z ha ng   a nd  X .   T i a n,   “ O v e r v i e w   o n  I nt e r f e r e nc e   M a na g e m e n t   T e c hno l o gy   f o r   U l t r a - D e n s e   N e t w o r k, ”   O A L i b ,   v o l .   5,   pp .   1 - 14,   20 1 8.   [ 2]   G .   K .   A udhy a ,   e t   al . ,   “ P l a c e m e n t   o f   a c c e s s   po i nt s   i n  a n  u l t r a - de ns e   5G   ne t w o r k  w i t h  o pt i m um   po w e r   a nd   ba ndw i dt h, ”   I E E E   W i r e l .   C om m un .   N e t w .   C on f .   W C N C ,   v o l .   2018 ,   pp.   1 - 6,   A pr   2018 .   [ 3]   P a pe r   W .   C i s c o   V i s ua l   N e t w o r ki ng   I nde x :   F o r e c a s t   a nd  M e t ho do l o gy   C i s c o   V i s ua l   N e t w o r k i ng   I nde x:   C i s c o        V i s u a l   N e t w o r ki ng   I nde x:   F o r e c a s t   a n d  M e t ho do l o gy ,   F o r e c a s t   M e t ho do l ,   20 15 ,   p p.   20 15 - 20 .   [ 4]   L uo   F . ,   “ U l t r a   D e ns e   N e t w o r ks :   G e ne r a l   I nt r o duc t i o n  a n d  D e s i g n  O v e r v i e w ,”   20 16 .   [ 5]   P .   K .   A gy a p o ng ,   e t   al . ,   “ D e s i g n  c o ns i de r a t i o ns   f o r   a   5G   n e t w o r k   a r c hi t e c t ur e , ”   I E E E   C om m u n.   M ag . ,   v o l .   52 ,   pp .   65 - 75,   20 14.   [ 6]   B .   S o r e t ,   e t   a l . ,   “ I nt e r f e r e nc e   c oo r di na t i o n  f o r   de ns e   w i r e l e s s   ne t w o r ks , ”   I E E E   C om m u n.   M a g. ,   v o l .   53 ,   pp .   102 - 109,   2 015 .   [ 7]   I .   H w a ng ,   e t   al . ,   “ A   ho l i s t i c   v i e w   o n  h y pe r - de ns e   h e t e r o g e ne o us   a nd  s m a l l   c e l l   ne t w o r k s , ”   I E E E   C om m u n.   M ag . ,  v o l .   51,   p p.   20 - 27 ,   201 3.   [ 8]   S .   Y un a s ,   e t   al . ,   “ S pe c t r a l   a nd   e n e r g y   e f f i c i e nc y   of   ul t r a - de n s e   n e t w o r ks   und e r   di f f e r e nt   de pl o y m e nt   s t r a t e g i e s , ”   I E E E   C om m un .   M a g. ,   v o l .   53 ,   pp .   90 - 100 ,   2015 .   [ 9]   L .   S u  a n d  C .   Y a ng ,   “ E ne r g y   a nd  S pe c t r a l   E f f i c i e n t   F r e que nc y   R e us e   o f   U l t r a   D e ns e   N e t w o r ks , ”   I E E E   T r a ns .   W i r e l .   C om m un. ,   v o l .   15 ,   201 6.   [ 10]   Y a ng   C . ,  e t   al . ,   “ D i s t r i bu t e d  I nt e r f e r e nc e   a nd  E ne r gy - A w a r e   P o w e r   C o nt r o l   f o r   U l t r a - D e ns e   D 2D   N e t w o r ks   :   A   M e a n  F i e l d   G a m e , ”   v o l .   1 276 ,   pp .   1 - 14 ,  20 16.   [ 11]   M .   K a m e l ,   e t   a l . ,   “ U l t r a - D e ns e   N e t w o r ks :   A   S ur v e y , ”   I E E E   C om m un.   Su r v .   T U T O R I A L S ,   v o l .   1 8 ,   20 16 .   [ 12]   M .   D i ng ,   e t   al . ,   “ W i l l   t he   a r e a   s pe c t r a l   e f f i c i e nc y   m o n o t o ni c a l l y   g r o w   a s   s m a l l   c e l l s   g o   de ns e ? , ”   2015  I E E E   G l ob .   C om m u n.   C on f .   G L O B E C O M   201 5 ,   20 16 .   [ 13]   D .   L .  P é r e z ,   e t   al . ,   “ E nh a nc e d  i n t e r c e l l   i nt e r f e r e nc e   c oo r di na t i o n  c ha l l e ng e s   i n  he t e r o g e ne o us   ne t w o r k s , ”   I E E E   W i r e l .   C om m u n. ,   v o l .   18 ,   pp .   22 - 30,   2 011 .   [ 14]   U .   D .   N e t w o r k   a n d  W .   P a pe r ,   “ U l t r a   D e ns e   N e t w o r k  (   U D N   )   W hi t e   P a pe r . ”   [ 15]   R.   G .   S t e ph e n  a nd  R .   Z ha ng ,   “ J o i n t   W i r e l e s s   F r o nt h a u l   a nd  O F D M A   R e s o ur c e   A l l o c a t i o n  i n   U l t r a - D e n s e   C R A N , ”   v o l .   6778 ,   pp .   1 - 12,   20 16 .   [ 16]   S .   B i ,   e t   a l . ,   “ W i r e l e s s   c o m m uni c a t i o ns   i n   t h e   e r a   o f   bi g   da t a , ”   I E E E   C om m un .   M ag. ,   v o l .   5 3,   pp .   190 - 19 9,   20 15 .   [ 17]   I.   P .   G r o up ,   e t   al . ,   “ 5G   V i s i o n  o f   I M T - 2020  (   5G   )   P r o m o t i o n  G r o up  I M T - 2020  (   5G   )   P r o m o t i o n  G r o up  S t r uc t u r e , ”   v o l .   2020 ,   pp .   1 - 15,   S e p  2014 .   [ 18]   Y .   Y ua n  a n d  L .   Z h u,   “ A ppl i c a t i o n  s c e n a r i o s   a n d  e na b l i ng   t e c hno l o g i e s   o f   5G , ”   C hi n a  C om m u n. ,   v o l .   1 1,   pp .   69 - 79 ,   2014 .   [ 19]   G .   K .   A ud hy a ,   e t   al . ,   “ P l a c e m e n t   o f   a c c e s s   po i nt s   i n  a n  u l t r a - de ns e   5G   ne t w o r k  w i t h  o pt i m um   po w e r   a nd   ba ndw i dt h, ”   I E E E   W i r e l .   C om m un .   N e t w .   C on f .   W C N C ,   v o l .   2018 ,   pp.   1 - 6,   A pr   2018 .   [ 20]   Y .   T e ng ,   e t   al . ,   “ R e s o ur c e   A l l o c a t i o n  f o r   U l t r a - D e n s e   N e t w o r ks :   A   S ur v e y ,   S o m e   R e s e a r c h  I s s ue s   a n d  C h a l l e ng e s , ”   I E E E   C om m un .   Sur v .   T u t or i a l s ,  pp .   1 - 1,   201 8.   [ 21]   Y .   Y a ng ,   e t   a l . ,   “ C o o pe r a t i v e   T r a ns m i s s i o ns   i n  U l t r a - D e n s e   N e t w o r ks   und e r   a   B o und e d  D u a l - S l o pe   P a t h  L o s s   M o de l , ”   v o l .   1 ,   201 7.   [ 22]   T S G R .   T R   138  900   -   V 14. 2. 0  -   L T E ;   5G ,   “ S t udy   o n  c ha nne l   m o de l   f o r   f r e q ue nc y   s pe c t r um   a bo v e   6  G H z     ( 3G P P   T R   38 . 90 0  v e r s i o n  14 . 2 . 0  R e l e a s e   14) ,”   2 017 .   [ 23]   M .   U .   S he i kh ,   e t   al . ,   “ I n  pr e pa r a t i o n  t o w a r d s   f ut u r e   c e l l u l a r   n e t w o r ks :   t he   de t a i l e d  a na l y s i s   o f   m a c r o   a nd  m i c r o   s i t e   de ns i f i c a t i o n  a nd  s e c t o r   de n s i f i c a t i o n , ”   T e l e c om m un .   S y s t . ,   201 6.   [ 24]   S r i v a s t a v a   V . ,  e t   al . ,   “ U s i ng   g a m e   t he o r y   t o   a na l y z e   w i r e l e s s   a d  ho c   ne t w o r ks ,”   C om m un   Su r v   T u t o r i al s ,   I E E E ,    v o l .   7 ,   pp .   46 - 56 ,  2005 .   [ 25]   C o us i n  A . ,  e t   al . ,   “ P a r i s - P r i nc e t o n  L e c t ur e s   o n  M a t he m a t i c a l   F i na nc e   2010 ,”   L e c t u r e   N ot e s   i n  M at he m at i c s ,   v o l .   2003 ,   pp.   1 - 61 ,   201 1.   [ 26]   G a nt i   R .  K .,   “ T ut o r i a l :   S t oc ha s t i c   g e o m e t r y   f o r   w i r e l e s s   ne t w o r ks ,”   Spc om .   T r us t   A P .   B as i c s   of   ap pl i e d  s t o c ha s t i c   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   15 ,   N o .   2 ,  A ugus t   2 019   :     9 6 2   -   9 7 0   970   pr oc e s s e s ,   v o l .   10 1 ,   p p .   8 ,   2 012 .     [ 27]   G e   X . ,  e t   al . ,   “ P e r f o r m a nc e   A na l y s i s   o f   P o i s s o n - V o r o n o i   T e s s e l l a t e d  R a ndo m   C e l l u l a r   N e t w o r ks   U s i ng   M a r ko v  C ha i n s , ”   pp .   4 833 - 8 ,  2014 .       B I O G R A P H I ES   O F   A U T H O R S           C ur r e nt l y   F a y a d  G ha w ba r   i s   a n   e l e c t r i c a l   e ng i n e e r i ng   P H D   c a ndi d a t e   a t   U n i v e r s i t y   T un  H u s s e i n   O nn  M a l a y s i a ,   B a t u  P a ha t ,   M a l a y s i a .   H e   ha s   r e c e i v e d  t he   M a s t e r   o f   e l e c t r i c a l   e ng i ne e r i ng   i n   2015  f r o m   U ni v e r s i t y   T un  H us s e i n  O nn  M a l a y s i a .   P r e v i o us l y ,   he   ha s   o bt a i ne d  h i s   f i r s t   d e g r e e   f r o m   U ni v e r s i t y   M a l a y s i a   P a ha ng ,   M a l a y s i a ,   w i t h  ho no r s ,   i n  e l e c t r i c a l   &   e l e c t r o ni c s   e ng i ne e r i ng   i n  2013 .       F a i z   A s r a f   S a pa r u di n  r e c e i v e d  h i s   B a c he l o r   B . S c .   i n  E l e c t r i c a l   E ng i n e e r i ng   ( T e l e c o m m uni c a t i o n)   w i t h  F i r s t   C l a s s   H o no ur s   f r o m   U ni v e r s i t i   T e kno l o g i   M a l a y s i a   i n  20 10  a nd   r e c e i v e d  W A M Y   A c a de m i c   E xc e l l e nc e   A w a r d  i n  t h e   s a m e   y e a r .   P h. D .   de g r e e   i n  E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng   ( T e l e c o m m un i c a t i o n)   f r o m   t he   U ni v e r s i t i   T e kno l o g i   M a l a y s i a   i n  2015 .   H e   i s   c ur r e n t l y   a   F a c ul t y   M e m be r   i n  F a ku l t i   T e kno l o g i   K e j ur u t e r a a n,   U ni v e r s i t i   T un  H u s s e i n  O n n   M a l a y s i a .   M e m be r   o f   I ns t i t ue   o f   E l e c t r i c a l   a nd  E l e c t r o ni c   E ng i ne e r s   ( I E E E )   a nd  I E E E   C o m m uni c a t i o n  S o c i e t y   ( C o m S oc ) .   H i s   c ur r e nt   r e s e a r c h  i n t e r e s t s   i nc l u de   r a di o   r e s o ur c e   m a na g e m e nt ,   di s t r i bu t e d   a l g o r i t hm s ,   n a t ur e - i ns pi r e d   t e c hni q ue s ,   m ul t i a g e n t   s y s t e m   a nd   g a m e   t he o r e t i c   a pp r o a c h  f o r   ne x t - g e ne r a t i o n  m o bi l e   ne t w o r k.         J um a d i   A bd  S uko r   r e c e i v e d  bo t h  h i s   B . E ng .   i n  O p t i c a l   C o m m uni c a t i o n  f r o m   T o kus hi m a   U ni v e r s i t y .   M a s t e r s   D e g r e e   i n  E l e c t r i c - E l e c t r o n i c   a nd  T e l e c o m m uni c a t i o n  f r o m   U ni v e r s i t i   T e kno l o g i   M a l a y s i a   a nd   P hD   i n   B i o m e di c a l   E ng i ne e r i ng   f r o m   U ni v e r s i t y   of   N e w   S o ut h  W a l e s .   C ur r e nt l y   he   i s   ho l di ng   A s s o c i a t e   P r o f e s s o r   po s i t i o n  i n  U n i v e r s i t i   T un  H us s e i n  O nn  M a l a y s i a   H i s   r e s e a r c h  i n t e r e s t s   a r e   B i o i nf o r m a t i c s   T o o l s ,   T e l e h e a l t h  t e c hn o l og i e s   a nd  de c i s i o n  s up po r t   s y s t e m s .     A i m i   S y a m i m i   A b  G ha f a r   r e c e i v e d  bo t h  h e r   B . E ng .   i n  E l e c t r i c a l   -   T e l e c o m m uni c a t i o ns   a nd  P h D  i n  E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng   f r o m   U ni v e r s i t i   T e kno l o g i   M a l a y s i a   J o ho r .   S he   i s   c ur r e n t l y   s e r v i ng   a s   a   l e c t u r e r   i n  D e pa r t m e nt   o f   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng   T e c hno l o g y ,   F a c ul t y   of   E ng i ne e r i ng   T e c hno l o gy   i n  U ni v e r s i t i   T un  H u s s e i n  O n n  M a l a y s i a .   H e r   c ur r e nt   r e s e a r c h  i nt e r e s t s   a r e   c oo pe r a t i v e   r e l a y   c o m m uni c a t i o ns ,   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n  i n  w i r e l e s s   c o m m uni c a t i o n  ne t w o r k s ,   a nd   I nt e r ne t   o f   T hi ng s   ( I o T ) .           N o r s hi d a h  K a t i r a n  r e c e i v e d  h e r   P h. D   i n   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng   f r o m   U ni v e r s i t i   T e kno l o g i   M a l a y s i a ,   i n  2 015 ,   he r   M . E ng .   de g r e e   i n  C o m m uni c a t i o n  a nd  C o m put e r   E ng i ne e r i ng   f r o m   U ni v e r s i t i   K e ba ng s a a n   M a l a y s i a ,   i n  2004 ,   a nd   he r   B . E ng .   de g r e e   i n  E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng   ( T e l e c o m m uni c a t i o ns )   f r o m   U ni v e r s i t i   T e kno l o g i   M a l a y s i a ,   i n  20 01.   C ur r e n t l y ,   s he   i s   a   S e n i o r   L e c t ur e r   i n  t he   D e p a r t m e n t   o f   C o m m uni c a t i o n  E ng i ne e r i ng   a t   U ni v e r s i t i   T un  H us s e i n  O nn   M a l a y s i a .   H e r   m a j o r   r e s e a r c h  i nt e r e s t s   i nc l ude   o pt i m i z a t i o n  o f   r e s o ur c e   a l l o c a t i o n  i n   c oo pe r a t i v e   ne t w o r k s   a nd   m ul t i pl e   i np ut   m u l t i p l e   o ut pu t   ( M I M O )   t r a n s m i s s i o ns .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.