Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   9 , No .   5 ,  Octo ber   201 9 , pp.  4226 ~4 237   IS S N : 2 088 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v9 i 5 . pp 4226 - 42 37          4226       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   Heterog eneous n etwork o ptim izat i on using  ro bu st    power - and - re s ource bas ed  algorit hm       Savit a  P at il 1 , A. M.  Bh avik atti 2   1 AM C  Engi nee r i ng  Coll ege ,   Indi a   2 Com pute r  Scie n ce   and Engi ne ering ,  Bhe emanna   Khandre   Insti tute  of Te chnol og y   ( BKIT ) ,  Ind ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   Sep   17 , 201 8   Re vised  Ma r   13 , 2 01 9   Accepte d  Apr   24 , 201 9       In  orde r  to  m ee t  the   inc r ea sing  m obil e  dat a - tra f fic ,   spat ial  densifi c at ion  o f   net work  with  seve ra l  low - power  nodes,   the   high - power  m ac ro  BS   and   HetNe t  are  the  m aj or  ke y   en abl ing  solu ti on .   How eve r,  the  HetNe t   is   unpla nned  in  n a ture ,   ca uses  irregula rities  and  in te rfe r ences  tha t  without   a n y   user  association   rule s.   Th e  ap propria t e  dep lo y m ent  of  th e  f emto - ce l l  i n   HetNe t  ca n  p rov ide   eff e ct iv e  tr af fic   off loa ding ,   w her e  the   alleviat e  m obbing  in  the   m a cro - c el l s  ca n  de crease  th e  power  consum pti on  th ere for e  it  opti m iz e s   the   user  expe r ience .   Moreov er,   t he  prote c ti on  is  al so  important   f or  the   m ac ro   and  femto  ce l l  u sers  in  a  n et wor k  through  m ai nt ai ning  the   m in - m ax  le ve l  of   int e rf ere n ce s.  In   thi s  pape r ,   we  proposed  RP RA   tha t  comprises  two  robust   appr oac h  such  a s  robust  power - cont roller  and  t he  robust  cha nn el - a ll oc at ion   appr oac h ,   which   ca n  improve  th e  spec tr al   eff icie nc y   and  user  ex per ie n ce s  a t   lower   net work  cove rag e  ar ea s  via   eli m ina ti ng  the   wee k  cov er age   zon es.     Also  provide   high  user  rat e  c onnec t ion  b y   e ffe ctive  interfe r enc e  in  a n     eff icient  spec tru m ,   lower ing  in   tra nsm ission  power  and  cost - ef fec t ive ness     via   le ss   ti m e   del a y .   To  show   the   eff ective n ess  of  ou r  proposed     m odel   we  h ave  compare d  wit h  seve ral  exi st i ng  te chn ique s  and  we  go t   signifi c ant   improvem ent   in  thr oughput,   al so  r educ t ion  in  ti m e  del a y   and   tra nsm ission powe r.   Ke yw or d s :   Ba se stat ion s  ( BS)   Heter og e ne ou s  n et w orks   (H et Nets)   Robust   powe r - and - re source   base d  al gorit hm  ( R PRA)   Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Savita Pat il ,    AMC En gi neeri ng  C ollege ,   18 t h K.M,  Ban nerg hatta  Mai n R d, Be ngal uru , K a r nataka  56 0083, I nd ia .   Em a il :  sa m patil9 49@ gm ai l.c om       1.   INTROD U CTION   The  prese nt  cel lular  netw ork  faces  the  pro bl e m   of   huge  inc rem ent  of   data  traff ic ,  in  t hat  the  sp ect ral  eff ic ie ncy  al lo cat ion   an d  design   is ver y  im p or ta nt.  I n  ge ne ral,  the  co nce pt   of   f reque ncy  reu se  is  the  m ajor  key   for  4 - Ge ner at i on   a nd   th e  fu t ure  cel lular  net works;   howe ve r,   the  Het Nets  hav e  at tract ed  lot  of   at te ntio n  of   the  researc hers  in  LTE  (L ong - Te rm - Evo luti on )  wireless  netw ork   [ 1].  Mo reover ,  the  pote nt ia l  of   HetNets   has   us e d  to  opti m i ze  the  sp ect ral   eff ic ie ncy  an d  us er  e xp e rien ces  at   ver y  de ns e  en vir onm e nt  ‘or’   lo we r  ne twork   cov e ra ge  area s ,  th ough  the  de plo ym ent  of   HetNets  to   sm al l - cov e ra ge  ar ea  (f em to  ‘or’  Pico)  a nd  lo w  powe r   cel l  with  in  th e  m acro - cel l  env i ronm ent  is  gen e rall y  el i m inate   the  wee k  co ver a ge  z ones,  al so   pro vide   the   higher   “ s pectr al - eff ic ie ncy”   [2] .  The   a ppr opriat e  de plo y m ent  of  the   “ fem to - cel l”   in  HetN et   can   pro vid e  eff ect ive   traf fi c  offl oad i ng,  wh e re  t he  al l eviat e  m ob bing  in   the   m ac ro - cel ls  can   de crease  t he  powe r  consum ption   there fore  it   op t i m iz es  the  us e r  ex per ie nce.  I n  or de r  to  de ve lop   m acro - fe m to  ba sed  H et Nets ,   the  m ai n  concern  is  to  m a nag e  the  c o - c hannel  interfe r ences  that  oc cu rs  becau se  of   s pectru m   sh ari ng,   the  interfe re nc es  of   c o - c ha nnel   m ay  beco m e   worse  due  to  f e m to  BSs  that  instal le d  thr ough   e nd - us er s  w it ho ut   any  of   ce ntrali zed  pla nn i ng   proce dure.  Ge ne rall y,  fem to  BSs  are  de ploy ed  unde r  m ac ro - cel l  areas  w it ho ut   any  warnin g  due  to  sp e ci al   req ui rem ent  of   cl ie nt,  therefo r e  the  la ck  cent rali zed - cel l  pla nn i ng   t he  eff e ct   of  interfe ren ce s i n  tw o - ti er “m a cro - fem to H et Nets”  va ry c onsidera bly i n  a  c onve ntion al  cell  n et w orks.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Hetero ge neous  n et work   opti m izati on u si ng r obus t  powe r …   ( Sa vi ta  Pa ti l )   4227   A  m a in  diff ic ulty   occu rs  i n  dep loym ent  process  of   He tNet   in  order   to  pro vid e  hi gh  us e r  rate  connecti on  by   eff ect ive  inte rf e ren ce  in  a  sp ect r um   eff ic ie nt  and   co st - eff ect ive  m ann er ,  seve ral  publis he d  works  ha s  f oc use d  on  “co - cha nn el   inter fer e nc e”  diff ic ulty   t hat  arises  betw een  fem to  BSs  and   m acro   BSs  [1 ] .   Thro ugh  st uddi ng   se ve ral  w orks ,  the  dem on strat io n  fem to  BS  as   the  c ogniti ve  r adi os  per m it s  fe m to  BS  to  sense  m acro   BS  us e r  perform ance  to  co nt ro l  the  ty pe   of   inter fer e nce  at   the  avail abl e  sp ect ral  res ources ;   howe ver,  the  pro blem   relat ed   to   power   c on t ro ll er  ha s  disc us se d ,  w he re  the  netw ork  c onfi gurati on   is  f e m to - m acro   two - ti er  netw orks  thr ough  pro posin g  dow nlin k  ba sed  powe r  al locat ion   al gori thm ,  wh ic h  con sist   i nfor m at ion   of  channel  f or   al l  inv olv e d  li nk s  i n  net wor k.   Wh il e  co nsi der in g  a  cent rali zed  base d  fem to  gateway  proce ss  that  cal le d  a s  f us io n  ce nter ,  is  basical ly   reli es  on  gate w ay   connecti on  in  or der   t o  distrib ute   and  colle ct   the   necessa ry  c ha nn el   i nter fer e n ce  inf or m at ion.  A n  e xten sive   am ou nt  of   w orks  has   bee n  done   with  res pect  t o  use r  as so ci a ti on   in  t he  H e tNet s  co ns ide r ing   dif fer e nt  ty pe  of  sce nar i os ,  li ke  as  in  [3 ]   ha s  pro po se d  a   joi nt  opti m iz at ion   proce dure  of  use r  ass ociat ion  su c h  as  c ha nn e l  sel ect ion   a nd   transm issi on   powe r   has  co ns id ere d  to  m ini m a li z e  the  as  per   t he  us e r  thr oughput.  Wh il e  in  [ 4],  the  aut hor  pro pose d  for  the   adap ti ve  ass oci at ion  rule i n  order  to  e nlarge t he  co ns ist ing   num ber  o f  use rs  thr ou gh   decr e asi ng  the total usa ge   cost  of  r adi o  r eso ur c es  unde r   a  HetNet  e nv iro nm ent  with  relay   nodes;  w her eas   in  [5 ]   t hey  us e d  i nteg rated  us er  ass ociat ion  a nd r es ource   al locat ion  i n order  to  i ncr ease   the m et ric o f p rop or ti onal  f ai r  ( i.e. , log - rate s um ).   The  decen tr al iz ed  ba sed  i nter fer e nce  m anage m ent  protoc ol   for  the  c ogniti ve  fem to  BSs,  wh e re  eac h  fem to  BSs  wil l   al locat e  i ts  sp ect ru m   thro ug h  co ns ide rin g  the  pote ntial   interfe ren ce  a nd   i nterf e re nce  fro m   the   neig hborh ood  f em to - cel ls  is  discuss e d  i n  [ 6].  The  m et hodo l og y  ne cessary  f or   c omm un ic at ion   based  interfe re nce   ch ann el   a re  ver y   eff ect ive   am on g  the  neig hborh ood  cha nnel ,   thou gh  the  dir ect   li nk   in   bet wee n  m acro   BS  a nd  fem to  BS  are  ver y  im po rta nt  in  a n  ch an nel  inter fer e nc e,  in  [ 7]  they   discusse d  a bo ut  the   resou rces  al locat ion   optim izati on   proces s.   In   [ 8],  they   va luate   the  ch ann el   al locat ion   strat e gy  throu gh   app ly in g  t he  gam e - theor y   ap proac h  f or  c ogniti ve  fem to  BS  ra dio  m anag e m ent  resou rce s;  furthe rm or e,   in  [9 ]   they   stu died   the  distrib utio n  ap proac h  for  the  sel f - ori gi na te d  cel l  netw ork  i n  orde r  t o  c ontrol   the  t ran s m it  powe rs  on  sev eral  diff e re nt  channels  that  to   m ai ntain  us er   qu al it y  and   th e  channel  co ndit ion s .  A  th re sh ol d  base d  sp ect rum   sensing   is  ve ry  diff ic ult  to  desig n,   wh e re  i n  orde r  to  get  the  hi gh   desire d  trad e - off  in  be tween   ou ta ge  pro ba bili ty  and   sp at ia l  fr eq ue ncy  a  par am et er  need   to  be  tun e d  car efu ll y,  the  m or e  le sser  the  thr esh old  of   sp ect ru m   sensing  t he  lo we r  the   ag gr e gat e  interfe re nce  and  la r ger   t he  s pectr um   sensing  ra nge.  H owever,   the  reuse  of  sa m e  fr eq uen cy   channel  can  be   done  afte r  the   la rg er  ‘s patia l   intervals ’  that   te nd s  in  l ow   s patia l   fr e qu e ncy  re use ,  the  analy sis  and   desi gn i ng  of   this  ty pe  of  trade - off  in  two - ti er  HetNet   with  fem to - ce ll s  is   discusse d i n [10].   Howe ver,  the  m ai n  aim  of   po we r  co ntr oller  is  to  decr eas e  the  transm is sion   po wer   th at   te nd s   to  decr ease  the  hig h  power   c on s um ption ,  al so   r edu ce s  the  interfe ren ce  at   inter - cel l  that  is  ver y  i m po rtant  as  pe r   the  ab ov e d isc us sio n;  the refo re,  the  al te ri ng  the  powe r  tra nsm issi on   with respect   to  r eso urce  bl ock   is  ess entia l  to  achieve  hi gh   bit - rate  in   fem to - cel l  a nd   pico - cel l,  wh e re  the  oc curred  inte rf e r ence  can  be  reduce   sign ific a ntly   in  sm a ll - cel l  network.  T her e f ore,  the  c ha nn el  capacit y  and  c ov e ra ge  of  poor  area   un der   a  H et Net   scenari o  is i m po rta nt for  e nha nced use r  se r vices. Mo reove r, t he pr otect ion   is al so  im po rtant for  t he  m acro  a nd   fem to  cel l  us ers  in  a  netw ork  thr ough  m ai nta ining  the  m in - m ax  le vel  of  i nterf e re nces,  t he  QoS  ef fecti ven e s s   unde r  a  traf fic  is  m ajo r  fact or   because   thi s  can  dam age  the  res ource  al locat ion   pr oc edure  that  te nd s  t o  degra de   the Q oS of  u se rs  in a sm a ll n et work   (i.e.,  Pico or  fe m to cell s).  I n  ge ner al , th e inc r e m ent o f  nu m ber  of   m ob il e  us ers  c an  ca us e  the   de crem ent  in  Q oS   due  to  m ore  ba ndwidt h  r equ i rem ent,  in  orde r  to  ha ndle   this   un ce rtai nty,  th e  sever al   fem t o  BSs  are  re quired,   the refore   the  pro po se d  a lgorit hm   sh ou ld  be  r obus t  in  natu re   so   that  it   can  handle  un ce rtai nties  eff ect ive ly .  In   this  pa pe r,   we  pr opos e d  RPR A  t hat  c om pr ise s  two  r obus t   appr oach suc h as Ro bu sti fie d Po wer  C ontroll er ( RPC )  a nd the Rob us t C ha nn el - res ource  Allo cat ion A ppr oa c h  (RCAA ),   w hic h  ca n  im pr ov e  the sp ect ral ef f ic ie ncy and u s er expe riences  at  low er  n et work  c overa ge  a r eas via   el i m inati ng   t he   wee k  c ov e ra ge   zo nes.  Als o  pro vid e  high  use r  r at e  co nnec ti on   by  ef fecti ve  inte rf e ren ce   in  a n  eff ic ie nt  s pec trum ,  lower i ng  in   tra ns m i ssion  po wer  an d  c os t - e f fecti ven es s  via  le ss  tim e   delay .     The  im ple m ent at ion   of  po wer   con t ro ll er  us e d  real  ti m e  based   sce nar i o  (i.e. ,  He NB)   f or  m acro - cel l  an d  f e m to - cel l,  al so   the  s ta nd a rd   dy nam ic   represe ntati on  is  pe rfo rm e d  f or  po wer  c on t ro ll er  [ 11 ] ,  wh ic h  is  e ff ect ive  at  powe r  switc hi ng   po i nts  in  HetNets.  In   res ul t  analy sis  we  s how n  the  perform ance  of   our  pro po se d  m od el   with   resp ect  t o  e xisti ng  al gorithm  u nde r diffe ren t  conside red sce nar i os  to  v al i da te  the m od el  perf or m ance.       2.   LIT ERATUR E SU RV EY   The  m ajo r  c halle ng e  is  to  e nhance  the  in door  area  c ov e rage,  the  stu dy  in  [12]  shows  m or e  than   70 %   of   th e  traf fic  da ta   and   50%  of  al l  vo ic e  cal ls  are  m ake  fr om   ind oors  e nviro nm ent.  So   th e  cov e ra ge  of  in do or   env i ronm ent  c an  pro vid e  higher  data - rate  a nd   Qo S,  wh ic h  are  the  m ajor  pro blem   wh ile  dev el op i ng   t he  up - com ing   gen e ra ti on   ( W i reless  Com m un ic at io n  Netw orks )  WSNs,  howe ve r  pro vid i ng   m acro - cel l  BS  in  orde r  to  handle  the  gro wing  traf fic  dem and   is  m uch   ex pensi ve.   T her e fore,  a  no ve l  fu tur e  ge nerat ion   arc hitec t ur e  is   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   5 ,  Oct ober  20 19  :   4226   -   4 2 3 7   4228   su ggest e d  to  overc om e  the  on goin g  dem and   of  data  tra ff i c  and   it   co ns is t  of   fem to - cel l  BSs  (F BS)  [13 ,  14 ] .   The  pr ese nce  of   pro xim it y  at   receiver  a nd  tra ns m i tt er  causes  the  bet te r  us e rs  ex pe rience  a nd   a bl e  to   com m un ic at e  op ti m iz e   throu ghput,  suppose   t he  ind oor  us er  su c h  as  on e s  in  their  ho m es  or   apa rtm en ts  are  li nk ed  t o  a n  F BS,  an d  s om e   of   i ndoor  us e rs  com m un ic at e  directl y  thr ough  the  m acro - cel l  that  te nds  to  op ti m iz e  the  per f or m ance  of  netw ork.   C onsideri ng   t he  ope r at or s  si de,   the  fem to - cel l  can  increa se  t he  re us e  of  sp ect r um   in  or der  to  pro vid e   the  high  sp ect ral  ef fici ency  and  the   net work  capaci ty ,  m or e over,   the   F BS  are   com pen sat ed  a nd   upheld  via  the  owners.  I nspire  of  these  adv a ntage s  it   com es  with  se ver al   ne w  chal le ng es   su c h  as i n  sy nc hro nizat ion ,  in t erf e ren ce  m anag em ent an d net work arc hitec ture  [14 ] .     In   gen e ral,  th e  diff ic ulty   due  interfe re nc es  hav e  becom e  m ajo r  pro blem   wh ic h  r equ i res  novel   so luti on  be cau se  of   m or e  co m plexit y  in  com par ison   with   the  existi ng   s ta nd a rd   cel lula r  netw ork .  Ba s ic al ly   there   are  se veral   ty pe   of   dep l oym ent  arch it e ct ur e  is  pr ese nt   fo r  fem to - cel l  network s .  In   on e  of   the  ty pe   of  or t hogonal  de plo ym ent,  the  sp ect r um   is  s liced  into  du al   i nd e pe nd e nt  f ra gm ents,  wh e re   on e  is  use d  vi a  the   fem tocel ls  and   oth e r  is  us ed   by  the  m acro - c el ls  [15],  m or eov e r,   t hey  rem ov e   inter - ti er  le vel  inter fer e nc es  due   to  that  re sour ces  of  f re qu e nc y  are  not  fu l ly   util iz ed.   I n  oth e r  ty pe  of   c ha nn el   de plo ym ent  arch it ect ur e,   the  bo t h  fem to  and   m ic ro   cel ls  hav in g  di rec tl y  acce ss  to  a vaila ble  cha nnel s  [1 6],  this  t ype  of   m et ho dolo gy  can  ge ner at e  la rg e  inter fer e nc e  le vels.  Howe ver,  there  is  al so   par ti al   ‘co - c hannel’  de pl oym ent  app r oac h,  su ch   that  the  al l  pr esented  s pectr um s   are  separ at ed  into  tw o  pa rts;  on e  spe ci al ly   ded ic at ed  to   m acro - cel ls  and   the   seco nd   on e  s ha red   to  fem to  and   m acro   cel ls  [17 ,  18] .  Th ese  dep l oym en t  m od el   of   FBS  acce ss  appr oa ch  is  us e d  to  restrict   ‘o r ’  al low  the   us age  of   s pec trum   by  us ers.  Howev e r,   the   op e n  acce ss  pro vid e  us er  to  have   acce ss,  w hile  the  cl os e d  acc ess  only   al lo w s  subsc ribe d  use rs  for  sp ect r um   acce ss  (i.e .,   cl os ed   s ub sc ribe r   gro up) ,  m or eo ver   t he  us e  of  hybri d  acce ss   al lows   al s o  t o  non - subsc rib er  to  us e  pa rtic ular  am ount  of   t he   ‘f em to - cel l’  re so urces .  I n  pa per   [19],  they   m ulti   cast ing   ty pe  of   sc he du li ng  pro blem   in  HetNets   via  a    “half - du ple x  re la y”   sta ti on   is discuss ed   an d  aim   is  to  m ini m al iz e  the  tran sm issi on  d el ay   of b loc k  (i.e., pack et s   to  use rs )  ov e r  t he  ti m e  per iod via  rate - le ss  c odes.   The refo re,   the operati on o f   half - duplex  is  perf or m ed  at   each   tim e  interval,  relay   sta ti on   is  sel ect   a  m ulti cast   pack et   to  us e rs  ‘ or’   reali ze  a  packet   fr om   m acro   BS ,   afterwa r ds   th e y  form ulate d  the  fluid  rela xa ti on   to   op ti m ize  the  decisi on  diff ic ulty   an d  pro vid e  t he  optim a l   appr oach f or th reshold  b a se  de plo ym ent in ord e r  to  exploit   the  m ulti cast  s pecu la ti on c ha nn el .    Ther e f or e,  t he  relay   sta ti on   only   m ulti - cast   wh e ne ver   t he  c hannel  cap aci ty   has  reac hed   consi der a bly  high,  t hen   a n  on li ne   poli cy - base d  rela xation  t hat  does  not  nee de d  the  inf or m at ion   of  cha nn el   distribu ti on .     The  cha nnel   di stribu ti on  is  consi de re d  to  be  sym m et ric  to  al l  us ers  a nd   t he  cl os e d  fo rm   of   asy m pto tic   expressi on   is  perform ed  by  their  poli cy .  Wh il e,  c onside rin g  dual   use r   m od el ,  they   use d  a n  asy m pt otica ll y  op ti m al   fu ncti on  that  base d  on   the  “wate r  fill ing ”  rate  al l ocati on   f or  ap pro xim a ti ng   the  bette r  m od el   po li cy .   The  use r  sc he du li ng  ( ‘US’ )  and   us er  as so c ia ti on   (‘U A’)  has  co ns id er  f or   the  lo ad  ba la ncing   at   do wn li nk   op e rati on  of  w irel ess  Het Net  via  f or m ulati ng   the   m axi m um   utilizat ion   of  wide  netw or k  pro blem   to  reso lve   the  eff ic ie ncy  pro blem   [2 0].  First  of  al l,  the y  approxim at e  the  thr ough pu t   of   non - c onve x  pro blem   with  US   in   order   to  c on ca ve  the  f un ct io nalit y  and   this  can  dem on str at e  the  diff ere nce  of  ap prox i m at ion   al go rit hm   zero  wh e ne ver   the  pr ese nt  us e rs  are  m uch   la rger.  A fter wards ,  distrib u te d  c onve x  ap proac h  that  is  known  for   change  the  m ulti pliers  directi on   m et ho dolo gy   is  us ed  as  the  integrated  U S - U A  al gorith m   that  can  be  app li ed   on   BS  an d  use r  sides  i nd i vid ually   an d,   propose d  to  be  resou rce  al loc at ion   an d  BS  associat ion   so l utions.     The  pr op os e d  m od el   featur e  enh a ncem ent  can  be  us ed  in   fu tu re  to  im p rove  pe rfor m ance  that  apa rt  from   m ul ti - us er  div e rsity  an d l oa d balanci ng.   The  tra de - off  in  bet ween  th e  energy  c ons um ption   an d  data - rate  pe rfo rm ance  in  non - or t hogonal   m ul ti ple  acce ss   (‘  ’ )   has   stu di ed  in  [ 21 ] ,  w he re  the  pro ble m   of   sche du li ng  a nd   t he  pow er  en ha ncem ent   in  N OMA   HetNets  is  perfor m ed;  thou gh  the  powe r  al loc at ion   a nd  e nergy  ef fici ent  sc hedulin g  a ppr oa ch  i n  NO M A  HetN e ts  are  introdu c ed  f or   bot h  im per fect  and   perfect   CSI.  T he  FQL  (Fuzz y - Q - Lear ning)   based  energy  eff ic ie nt   app r oac h  (i.e. ,  inclu de  ei ther   sle ep  ‘or’   wa ke - up  m od el )  f or  the  BSs  in  a  HetNet  an d  the   ai m   is  to  m ini m ali ze  the  ene rg y  without  ef fecti ng   t he  offe re d  QoS  thr ough  perform ing   sw it ch  off  ope rati on   at   redu nd a n t  BSs   in  accor da nce  to  native  tra ff i c,  w hich  de pe nd  up on   the  c ov erag e  a rea  of  c el l.  The  sle ep - m od e   act ivit y  fo r  BSs  m ay   te nd s  to   a  la rg e  cov e ra ge  loss,  un le ss   so m e  par ti cular  optim iz e  so l ution   is  occ urr ed  at   sam e  interval  [ 22 ] .  T he  HetN et s  con sist   of  s econ da ry  an d  pr im ary  us er,  wh e reas  the  ordina ry  cel lular   us ers   are  co ns i der i ng  to   be  pri m ar y  us ers   (PUs ),   wh il e  un li cen s ed,   IoT  a nd   som e  sensor  e qu i pm ent  are  co nsi der in g  to  be  seco ndar y  us ers  (SUs )  in  [23].  The  c hannels  Het Ne ts  are  occupie d  PU s  wh il e  the  SU s  c a n  on ly   reu se  the  P Us  c hann el s,  he re  they   consi der e d  dua l  m od e  tra ns m issi on   for  th e  SU s  s uc h  as  S U  on ly   com e  up  with  BS  directl y  ‘or’   via  the  help  of  ass ociat ive  relay   no de   and   t he  e nergy  eff ic ie ncy  enh a ncem ent  of   SUs   prototype  is co ns ide red.    In  ge ne ral,  the y  m ajo rly   aim  on  as so ci at io n  of  use rs   s uc h  as   sel ect ion  of  BS,   m od e  s el ect ion   a nd   channel  al locat ion   in  orde r  to   op ti m iz e  the  powe r  co ntr ol  at   up li nk  com m un ic at ion   in  betwee n  the  B Ss  an d  SU ;  m or eov e r,  these  ty pe  of  d iffic ulty   can  be   fo rm ulate d  as  m ixed  intege r  optim iz e  and   non - co nvex   prob le m .   An   opportu nist ic   ty pe  of   pow er  con t ro ll er  a ppr oach   is  pro po s ed  in  [ 24]   t o  m it igate   the  interfe ren ce  f r om   the   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Hetero ge neous  n et work   opti m izati on u si ng r obus t  powe r …   ( Sa vi ta  Pa ti l )   4229   act ive  nu m ber   of   fem tocel ls  a t  up li nk   tra nsm issi on ,  the  m acro - cel l  BS  chooses  the  al lo wan ce  inte rf e r ence  a s  per   nu m ber   of   fem to - cel l  use rs  an d  fem to - cel ls,  after wa rd s  al locat e  th e  transm it   po wer   unde r  cr oss - ti er  interfe ren ce  in   con si der e d  H et Nets.  The  a ppr oach   to wards  the  po wer   con t ro ll er  s hould   ve rify  the   act ive   nu m ber   of  fem tocel ls  as  pe r  t he  e ff ect ive   co ntr oller,  al s o  t hey  pr opos e d  t wo  ki nd  of  se ns in g  a ppr oac hes  t o  pr e dict  the  act ive  fem tocel ls   su ch  as;   cent rali zed  an d  th e  distribu te d,   resp ect ively .  The  dif ficult   ou ta ge  pro bab il it y fu nc ti on  und e r  the  Ray le igh  f ading  e ff ect  h as st ud ie d  in [25 ]  an d  s olv e a con verge nce p r oblem  f or   init ia ll y  discov ere d  a ppr oac h es  i n  t he  cas e  of  i nterf e re nce.   A fter wards,   they   ad dr e ss  the  power   relat ed   diff ic ulty   with   ho l ding  the  ou ta ge  co ns tr ai nts  al so   co nsi der in g  thei r   feasible  e nv i ronm ent;  m or eov e r,   a d ynam ic  ap pr oac h has pr opos e d  to pr ov i de  o uta ge  pr ob a bili ty  co nd it io n i n  a H et Net in  o r der  t o  dec re ase the   ov e rall   ene r gy  consum ption ,   a lso  this  guara nt ee  to  al l  fem to - cel l  us e rs  a   bo und  of  m in  an d  m ax  f or  the  worst  le vel of  ou ta ge  proba bili ty .        3.   PROP OSE D MET HO DOL OGY   In   ge ne ral,  th e   interfer e nces  hav e   beco m e  m ajo r  prob le m   wh ic h  require s  novel  so luti on  beca us e  of   m or e  com plexity   in  com par ison  with   the  exis ti ng   sta nd ard   cel l ular  ne twork .  A   ne w   ty pe   of  de pl oym en t   arch it ect ure  is   present   su c h  as   f em to - cel l  netw orks.  I n  on e   of   t he   ty pe  o f  ort hogo nal  de pl oym ent,    the  sp ect r um   is   sli ced  into d ua l  ind epe ndent fragm ents,  w he re  one  is  use d  via  the  fem tocel ls  and  o ther  i s  us e d  by  the  m acro - cel ls .  In   this  s tud y,  we  co nsi der   on e  m acro - cel l  an d  se ve ral  num ber   of  fem to - cel ls,  wh e re   fem to - cel ls  has  able  to  dec rea se  the  interfe re nce  le vel  with  var i ou s  c ha nn e l  sign al s  that  will   help  to  op tim iz e  the  s pectral  e f fici ency  as  per  the  c overe d  c el l  area.  T he  s ever al   num ber   of  fem to - cel ls  can   be   locat e d  in   a   m acro - cel l,  t he refor e   the  B Ss  of  fem to - cel ls  are  loc at e d  at   ver y  s horte d  distance  to   eac h  oth e r,   w hich  he lp  t o  cov e r  the  po or  transm issi on   area  present  in   a  m acro - cel l;   m or eo ver ,  t he   equ ipm ent  be com es  m or e  e nergy  eff ic ie nt  due  to  the  shorte d  distance  via  de crem ent  in  tr ansm issi on   power   that  hel p  to  increase   the   li fe  of   batte ry.   In  ge ne ral,  fem to - cel ls  are  us e d  i n  indo or  locat i on  s o  that   the   m acro - cel l  can  pro vid e  t he  rob us t  serv ic es   to  us e rs  du e   to   it s  re du ct io n  of  ov e rh ea d.  Bl oc k  di agr am   of   pro pose d  RPR A  is  sh ow n  i n  Fi gure   1,   wh e re  the  pro pose d  ap proac h  sh o ws  c onside r  r obus t  ap proa ch  that  can  ha ndle   va riat ion   in   BSs  (i.e.,   dif fe ren t  scenari os ) , whi ch wil l be s ho wn in res ult an al ysi s secti on .            Figure  1 .   Bl oc k  diag ram  o f  pro posed   RPR A         In   t his  sect ion,   first  we  will   pro vid e  the  de ta il ed  stud y  an d  num erical   form ulati on   of   Robusti fied   Power   Co ntr oller   (RPC )  a nd  afterwa r ds   we  will   go  f or  the   Ro bu st   Cha nnel   All ocati on  A ppr oach  ( R CAA ).    In  co ns id er  He tNet ,  the   us e rs   of  fem to - cel ls  and  m acro - cel ls  m akes  the  re qu e st,  base d  upon  t heir  re qu i rem ent   the  c hannel  a nd  tra ff ic   detai ls  are   acq uire d,  the n  al l  thes e   thin gs  are   f orwarde d  to   re s ource  al lo cat io n  a nd  powe r  co ntr ol   process   f or  f ur t her   optim izati on   process ,   so   we  ca n  ge t  m axi m u m   us er   thr ou ghput  an d  op ti m iz e p ow e r  tra ns m issi on .     3.1.   R ob ust ifi ed p ower co ntr oller     Con si der i ng   t he   cha nn el   unce rtai nties,  the  fe m to - cel l  us er   ( FCU)  re qu i re m ents  an d  m a cro - cel l  us e r  (MCU)  perf orm ance  protect ion   is  ver y  nec essary  to  co nsi der e d  sim ultan eo us ly ,  the refor e  we  co ns i de r  the   rob us t  power   c on t ro ll er  an d  r eso ur ce  al locat ion   ap proac h  in  a  two - ti er  H et Net  under   th e  ‘stoch a sti c  m od el ’.    A  m ulti - us er  OFDM  ba sed   HetNets  is   co ns ide red  that  consi st     num ber   of   FCUs ,  c om m un ic at ing   with   associat ed   fem to - cel l  BSs   ove r  the     num ber  o f   subca rr ie r ,  m or eo ver  FC Us  a re u se d  t o  op e r at e  the  MC Us  via   FC - BSs,  w here     and     are  c ha ng e s  acco r ding  to  t he  num ber   of  us e r’s  act ive  an d  av ai la ble  su bca rri er   channel,   t hat  can  be  giv e n  as ∈ ≜ { 1 , 2 , 3   . . . . . , }   an d   ∈ ℰ ≜ { 1 , 2 , 3   . . . . . , } ,  w her e ,  we   ass um ed  that   ℰ ≥   a nd  the   s ub ca rr ie r  ba ndwidth  is   ex pec te d  t o  be     Hz  w hich   is  m uch  l ess  in   c om parat ive  to   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   5 ,  Oct ober  20 19  :   4226   -   4 2 3 7   4230   wireless  cha nnel   ban dwidt h.   Ther e f or e,  a pply ing   Sh a nnon   Har tl ey   Theo r e m   (S HT)   [ 26 ]   cor res pondin g  FCU   data rate     at  sub carrier     is w ritt en  as .     , = ℎ , log 2 ( 1 + , , , ⁄ )   ( 1 )     Wh e re,   ℎ ,   show s  t he     FCU   s ub ca r rier  ta s k  at   the     subca rr ie r ,   ,   sh ows  t he     FCU   ba ckgr ound  noise   a t   su bc ar rier   ,  ,   sh ows   the     FC U  s trai gh t   cha nne l  gai n  at   s ub c arr ie r     a nd,   ,   sh ow s     FC U   tra ns m it   powe r  at   s ub ca rr ie r   .  The re  is   0  ‘ or’  1  s ub ca r rier  assig nm ent  w hich   sig nify   the   s ub ca rr ie r     us e d  via     FC U   or  no t.   T he  m ai n  pro blem   with  this   is  batte ry  ca pacit y  at   the   th   FC U  tra nsm it te r,   there f or e   t he   c on st ra int  can  be writt en a s:     ∑ ℎ ,   = 1 , ≤  , ∀ ∈   (2)     In  ab ove  e quat ion ,      shows  th e  m axi m a l  power  tran sm i t  of  the  FCU ,  wh e re  t he  dat a - rate  s houl d  accom plish th e  nom inal requ i rem ent o f     FCU  Q oS  s o  t hat it   can  be writt en a s:     ∑ , = 1 ≥  , ∀ ∈   (3)     Wh e re,      show s  the  m ini m u m  requirem ent - r at e  of     FCU,   al so   inter fer e nc e  co ns trai nt  of   t he  total     cro ss - ti er  unde r  fem tocel l HetNet t o  t he  MC U  r ecei ver sect ion  ca n be  gi ve n  as:     ∑ ∑ ℎ , = 1 = 1 , , ≤    (4)     The  i nterf e re nc e  le vel  at   rec ei ver   side  of  MC U  is  denot e  by   ,  the   s um   rate  m axi m iz at ion   by  po wer   con t ro ll er  at  th e H et Nets  scen ario  ca n be  wr i tt en  as:      ℎ , , ∑ ∑ , = 1 = 1     ∑ ℎ , = 1 = 1 , ∀ ∈ , 1     ∑ ℎ , , = 1 ≤  , ∀ ∈   , 2   (5)     Wh e re,   1   d e no te s   the  in div id ua l   su bca rr ie r     that   is   al locat ed  to  eac h  FCU,   , = 1   shows   t he   th - su bc ar rier  w hich  is   use d  via     FCU,   an d   2   is  use d  t o  s how   the   co ns trai nt  of  powe r  tra ns m i ssion  at     F C U   ov e r  t he  s ub - ca rr ie r .       ∑ ,   = 1 ≥  , ∀ ∈   , 3     ∑ ∑ h d , e I d , e N d , e E e = 1 D d = 1 ≤ M il   , Z 4   (6)   ℎ ,   ∈   { 0 , 1 } , ∀ ∈ , ∈   ℰ , 5     The  ( 6)  co nfi r m   the  Qo S   f or   each  FC Us,   w her e ,   4   denotes   the   interfe ren ce   of   t otal  powe r  at   MC U  receiv er ,   and   the  m ai n  pr ob le m   is   ℎ , = 1   wh ic h  is   m ixed  inte ger  an d  “ non - c onve x  program m ing ”   diff ic ulty ,   ,   s ign i fies   the  feedb ack  of  c ha nn e l  gains  t hat  pro vid e d  th r ough   MC U  to   FCU.   In  rece nt   dev el op m ent,  m ajo rity   of  t he   resea rch e rs  has  ai m ed  towa rd s   po wer  al locat ion  stra te gy   in  the   Het N et s  [27]  wh ic h  f oc us   on  im pr ov em ent  power   with  pe rf ect   CSI   [ 28] .  Howe ver ,  i n  par ti cl e  scena rio,   t he  qua ntiza ti on   error s  pr ese nc e  reasons  the  channel  uncert ai nty  wh ic h  is   har m fu l  fo r  MC Us,   in  ord er  to  overc ome   this  pro blem ,  we  s hould  c on si de r   so m e  i m pr ov e  te ch nique  s o  that  ca n  deal   with   these   ty pe  of  unce rtai nties.  Ther e f or e,  w e   us e  R obus t ifie d   powe r  c on tr ol le r   an d,  t he   (6)  ca n be r e w ritt en  in  a  pro bab i li ty  f or m :      ℎ , , ∑ ∑ ,   = 1 = 1   . . 1 , 2 , 5     P { ∑ ,   ≤  = 1 }   ≤ , ∀ ∈ , 6   P { ∑ ∑ ℎ , , , = 1 = 1 >  } ≤     (7)     Wh e re,   both   ( 7 )  guara ntee  the  Qo S  of  MC U  and  FCU   th rou gh   us i ng  pro bab il it y   functi on ,     and     shows  f or   t he  thres hold  value   us e d  in   ou ta ge  pr ob a bili ty .   OFDM  featu re  m et ho d  ha s   consi der,  the re fore  the  subcar riers  a re  in depend e nt  f r om   e ach  s ub - car rier ,  th ough  each   of   FCU  i nform at ion  are m utu al ly  ind epe ndent  fro m  su bcar rier s a nd  the  data - rat e set i s d e fine d as:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Hetero ge neous  n et work   opti m izati on u si ng r obus t  powe r …   ( Sa vi ta  Pa ti l )   4231   = { , ≤  }   = { ∑ , = 1 ≤  }   (8)     Wh e re,     set  is a n  inte rsecti on s ub s et  of     su ch  as :     S ̅ ⊂ S = S 1   ⋂ S 2 … S e   (9)     A pply ing t he p roba bili ty  an al ysi s   in  ( 9) , we  go t  t he  fo ll owi ng r el at io ns hi p:     {  ̅ } ≤ P { } = ∏ P = 1   { }   ( 10 )     Fu rt her m or e ,  it  can be  giv e n   a s:     P { ∑ , = 1 ≤  }   ≤   ∏ P = 1   { , ≤  }   (1 1 )     Pr oba bili s ti c  c on st raint  rate  f or   the  upper   boun d  shou l d  f ul fils  the  essenti al   ou ta ge  pr obabili ty   thro ughout  the   worst sce nar i o, there fore t he   c onditi on sce nari o  by  ( 7)  ca n b e wri tt en  as:     Max   P { ∑ , = 1 ≤  }   ≤   ∏ P = 1   { , ≤  }   ≤   (12)     The   determ inist ic  o utag e  probabil it y  of   (1 2 )   can  be  giv e n   as :        ≤ ℎ , log 2   ( 1 + , ,   J , − 1 (   / ) ) , ∀ ∈ .   (13)     The  ( 13)  c onf irm   the  ‘po we r  tran sm issi on ’  with  t he  out age  p r ob a bili ty ,  so   the  pro ba bili sti c  interfer ence     from   (7 )  ca n b e upd at e d  as:     h d , e I d , e ≤ M il EN N d , e − 1 ( √ 1 − DE ) ,   , ∀ d ∈ , ∀ e   ∈   ℰ .   (14)     Ther e f or e,  t he  (14)   is  sai d  to  be  determ inist i c  in  natur e  a nd   it   is   necessit at ing   to  keep   it   as  pr ese ntable   form ,   m or eov er , th e   diff ic ulty  o f  po wer co ntr oller  without a ny pr i or info rm ation   can  be give n  as :     ma x ℎ , , ∑ ∑ , = 1 = 1   . . 1 , 2 , 5   (15)     ℎ , log 2   ( 1 + ℎ , ,   J , − 1 (   / ) ) ≥  ,   ∈   .   (16)     Her e , th e  in verse f un ct io n   of  colle ct ive d ist r ibu ti on  at   var ia ble   ,   an d   ,   is app li e d   a nd can  b e  writ te n      as   J J d , e − 1   an d   N N d , e − 1 .   E h d , e I d , e N N d , e − 1 ( √ 1 − DE ) ≤ M il   (17)     In   ge ne ral,  the  FCUs  can  obta in  the  CSI  by  the  cha nn el   est im at ion   procedure  bet wee n  the  FCUs  an d  the  MC Us ,  t her e fore  t hese   can   arise  som e  trouble  at   CSI   acq uisit ion .   T her e fore ,  we   c on si der  the     sel f - determ ining   prototype  of   Ga us sia n  dist rib ution  in  ord er  to  ha nd le   t he   am big uity   par am et ers.   Howev e r,  the  FCU s  tra nsm it te r  chan ne l  gain  t o  BS  i s  obta in  by  a  rob us t  us e r -     aft erw a rds  the  fe edb ac k  is  sen d back  to  t he  corres pondin g  FC Us  tr ansm it te r.     3.2.   R obust  r esou rce  a ll oc ati on appr oa c h   The  m ajor   diff ic ulty   is  sti ll   rob us ti ficat ion  at   ch an nel   al locat ion  pr ocess  due  the   ℎ ,   integer   var ia ble ,  the   bo t h  inte ger  a nd  real  ti m e  var ia ble  su c h  as   ,   a nd   ℎ ,   are  unde r  optim iz at ion   prob le m ,   therefo re  it   con duct s  di ver se   integer  progr a m m ing   dif fic ulty ,  so   the  re la xation  of   s ubcar rier  assig nm ent  featur e   into  t he   con ti nuous  on e  t hat  can  be   al so   s ho w n  as  var ia ble   , =   ,   ℎ ,   fo r  a  fem to  us er  and  su bc ar rier.  Wh ere,   ℎ , ∈ [ 0 , 1 ]   sign ifie s  a  tim e  div isi on   strat egy  f or   t he   var i ou s  fem t o  use rs .  The re fore,  in   order  to   obta in  the   ,   a nd   ℎ ,   co ndit ion  va riables  we  app ly   Karus h - Kuh n - T uc ker  ( KK T )  [ 29 ] ,  w hich  i s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   5 ,  Oct ober  20 19  :   4226   -   4 2 3 7   4232   nonlinea r  pro gram m ing   appr oach   t hat  al lows   eq ualit y  con st raints  va ri ables  an d  bas ed  on  the  La gr a nge  m ul ti pliers   m e t hod, th us  t he d erivati ve f or m  o f  opti m a l var i ables ca n be  w ritt en  as:     0 ≤ , ⊥ , ( . . . ) ,   (18)     0 ≤ ℎ ,   ⊥ , ( . . . ) ℎ ,     (19)     Wh e re,   ⊥   show s t he ort hogonal  r el at ion  to  corre sp on ding  var ia bles a nd   ,   show s  the La gr a nge f un ct io n, in  add it io n,  t he   , ( . . . ) ,   a nd   , ( . . . ) ℎ ,     de rivati ves  c an  be w ritt en  as:     , ( . . . ) ℎ ,   = ( 1 + ) ̃ , ( , , ℎ , ) , − − ( ̂ , + − 1 ( 1 − ) , )   (20)     , ( . . . ) ℎ ,   = ( 1 + ) ̃ , ( ∗ , , ℎ , ) ℎ , −   (21)     Wh e re ,    , ,   a nd     are  nonne gative  La gr a ngia n  m ult ipli ers  f or   c orrespo nd i ng   c onstrai nts ,  in ve rse   Gau s sia n  Q - functi on   is  giv e n  by   − 1 ( . ) .  T her e fore,   the  opti m a l  tr ansm it   po wer   with  the  c ha nn el   al locat io n  can  be writt en a s:     , ∗ = , ℎ , = [ 1 ln 2   ( 1 + ) + ( ̂ , + − 1 ( 1 − ) , ) − , ̂ , + 2 , ] +   (22)     Wh e re,  outa ge   pro bab il it y  thres hold  is     and  the  up per   bo und  reg i on   is   , ,   [ ] + = ma x ( 0 , )   and   t he  su bc ar rier     is al locat ed  t o  the   ∗ optim al  u ser  s uc h  as:     ℎ , ∗ = 1 | ∗ = ma x ̂ ,   (23 )     Wh e re ,    ̂ ,   is give n by:     ̂ , = ( 1 + ) ̃ , ( ∗ , , ℎ , ) ℎ , = ( 1 + ) ( log 2 ( 1 + ̂ , , ∗ , ) − ̂ , , ∗ ln 2 ( , + ̂ , , ∗ ) )   (24 )     Ther e f or e,  the   Lagr a ngia n  m ul ti pliers is upgr ad ed  as:     λ d t + 1 = [ λ d t − x 1 t   ( I d max − ∑ I d , e t e ∈ Z d ) ] +   (25)     μ d t + 1 = [ μ d t − x 2 t   ( ∑ g ̃ d , e t e ∈ Z d − G d min ) ] +   (26)     u t + 1 = [ u t − x 3 t   ( M th − ∑ ∑ I d , e t e ∈ Z d ( N ̂ d , e + Q − 1 ( 1 − ) u d , e ) D d = 1 ) ] +   (27)     W he re,   the   it e rati on  nu m ber  is  gi ven  by   ,  t he   1 ,  2   and   3   sho ws  t he  sm all  ste p  siz es,  wh e ne ve r  these   ste p  siz e  are  ap pro pr ia te ly   s m all  the  “Lagr a nge  m ulti p li ers”  can  co ng reg at e  to  e quil ibri um   po ints  [ 30 ] .  In   t he  im ple m entat ion   pro cess,  init i al ly  m axi m u m   iterati on   c ount  is  giv e n  by    ,  and   i niti al iz at i on     of   = 0 , > 0   > 0 ;  the  La gra ng e   m ulti pliers  are   init ia li z es  as   0 < ( 0 ) ,  0 < ( 0 )   and   0 < ( 0 ) ,  though  t he  th re sh ol d  value   of  ou ta ge  pro bab i li ty   is   ∈ [ 0 , 1 ] , ∈ [ 0 , 1 ] .  The   up per   cha nnel   est i m ation   boun d  error  in   f em to   use r   li nk  is   ( , ∈ [ 0 , 1 ] )  a nd  t he  e sti m at ed  er ror  va riance   in   fem to  us er   to   m acro  us er   is( , ∈ [ 0 , 1 ] ).  T he  m axim al   transm i t  powe r  (  )  a nd  in it ia li ze  po we r  ( , )  is  set   t o  gre at e r  tha n  zer o  with  sam e  values   at   al l  s ubc arr ie rs ,   al so  wi th  t he   ℎ   interfer e nce.   A fter ward s  the   it erati on   is  sta rt   f ro m   on e,   al so   f or   eac h     and     valu e  it   com pu te s  the  transm it   po we r   ( , ∗ ),   ℎ , ∗ ,  ̂ ,   and   t he  updated  Lag ra ng e  m ul ti pliers, til l  that the it erati on h a s  no t  finis hed.       4.   RESU LT   A N ALYSIS   T he  fem to - cel l   can  i ncr ease   the  s pectr um   reu se  in   or der   t o  pro vid e  t he  hig h  sp ect ral  ef fici ency  a nd   the  netw ork  ca pacit y .   Her e,  our  ai m   is  on   associat ion   of   use rs  su c h  as  sel ect ion   of   BS,  m od e  sel ect ion   and   channel  al locat ion   in  orde r  to   op ti m iz e  the  powe r  co ntr ol  at   up li nk  com m un ic at ion   in  betwee n  the  B Ss  an d  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Hetero ge neous  n et work   opti m izati on u si ng r obus t  powe r …   ( Sa vi ta  Pa ti l )   4233   FCUs.   T he  ou ta ge  pro bab il it y  con diti on  in   a  HetNet  is  app li ed  in  ord er  to  decr e ase   the  ov e rall   energy  consum ption ,   a lso  this  guara nt ee  to  al l  fem to - cel l  us e rs  a   bo und  of  m in  and  m ax  fo r   the   w or st  le vel  of   ou ta ge  pro bab il it y.  In  co ns ide r  H et Net   en vir on m ent ,  the   FCUs   an d  MC Us   m akes  the  request,  base d  upon  the i r   requirem ent  th e  cha nn el   an d  traff ic   detai ls  a re  ac qu ire d,  th en  the se  t hi ngs   f orwarde d  to   our  pro posed   RPR A   for  furthe r op ti m iz at ion  p r oce ss   to   get m axim u m  u ser  thr ough pu t a nd  op t i m iz e p ow e r  tr ansm issi on .     4.1.   P ara me te r  ini tializ at ion   In   order   t o  sim ula te   the  resu lt s  in  Ma tl ab2 01 6b,  we  have  us ed  syst em   config ur at io n  s uch   as ;   8G b  RAM,  i5  I ntel  Pr oc esso r,   1T b  Hard  disk   a nd  W in dows  10  OS .   T he  se ve r al   con si der e d  necessa ry  par a m et ers   that  us e d  in   tra ff ic   c onditi on  s cenari os   is  pr e sented  i n  ta ble1.   T he  gro wth  of   m ob il e  use r s  causes   ext ra   sign al   interfe ren ce  at   FCUs  a nd   MC Us  in  sm a ll   cells  HetNet  scen ario;  ther ef or e ,   the  fem to - cel l  input  is  ta ken   from   real - ti m e  scenario   li ke   as  vi deo   data  [31 ]   and  au dio   data  [ 32 ]   in  order  to   get  reali sti c  m ulti - m edia  transm issi on .   Unde r  this c on sidere d  tra ff ic   conditi on, we a re going t o  ta ke  f ive  sc ena rio s su c h  as;   Scen ario - A ,   Scena rio - B ,  Sc enar i o - C,   Sce na rio - D   an d  Sce nar i o - E .  In  eac h  of  the   sce nari o  w e  hav e   ta ke n  1  m acro - cel l,  30   nu m ber   of  MC Us,   12 0  nu m ber   of   FCUs ,  w her e   the  l ocati on  of  fem to - cel l,  FCUs  a nd  MC Us  are   ge ne rate d  rand om l y.       Table  1 .   Use d param et er in it ia li zat ion   Para m eter   Valu e   Carrie r  Ban d wid th   2 0 0 0 Mhz   Su b carr ier  Ban d wid th   3 7 5 KHz   Sy ste m  ban d wid th   1 0 MHz   Maxi m u m  tr an s m i t po wer   2 0 d B m   Mini m u m   trans m it  po wer   0 d B m   An ten n a gain   1 4 d Bi   Cell radiu s   1 K m   Co rr elatio n   d istan ce   4 0 m   BS trans m it  po wer   4 3 d B m   User sp eed   3 K m /h   Nu m b e r  o f  M a cro - cell   1   Nu m b e r  o f  FCU   30   Nu m b e r  o f  M CU   120       4.2.       Perf or man ce   anal ys is   4.2. 1.    Scen ari o - A   In   sce na rio - A,   w e  ha ve  c onsidere d   1  m acro - cel l,   4  fem to - cel l,   30   nu m ber   of   MC U s   an d   12 0  nu m be r   of   FCUs .  Her e ,  F ig ur e   2   s hows  the   t hro ughput  i n  Mb ps  as   per  ti m e  inter val ,  wh e re  our   pro posed   m od el   ha s   perform ed  sign ific antly   bette r  at   each  tim e  interval.  On l y  in  110.9s  ti m e  interval  there  is  a  drop   in  ou r   pro po se d  ap pr oach,  ot herwis e  in  ta kin g  a ve rag e  of   al l  tim e  interval  our  pro posed  m od el   RPR A  got   10 . 15  Mbp s   thr ou ghput,  w hich  is  13%  m or e   com par e  to   H ARQ - CC   [33]  an d  25. 5%  m or e  c om par e     to  HA R Q - T1   [34].   Fig ur e  3   sh ows  the   d el ay   in  s  (seco nd)   as  pe r  the  perform ed  step s ,  w he re  the  aver a ge   delay   co ns ide ri ng  al l  the steps   is  0.1 5  s  f r om   our  RPR A  m od el , 0 . 24  s obta ined  by HARQ - CC   [ 33 ]   a nd 2.92  s   ob ta ine d  by   HA R Q - T1   [ 34] ,  the refor e   the  delay   in  pe rfor m ance  th rou ghout  the  ste ps   our  m od el   ha s   consum ed  ve ry less t i m e compare  to othe rs.             Figure  2 .  Thr ough pu t a s  per  t i m e interval     Figure  3 .  D el a y as pe r  the  p e r form ed  ste ps     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   5 ,  Oct ober  20 19  :   4226   -   4 2 3 7   4234   4.2. 2.    Scen ari o - B   In   Scen ario - B,  w e  hav e   co ns i der e d   1  m acro - cel l,   8  f em to - cel l,   30  num ber   of   MC Us   a nd   12 0  num ber   of   FCUs .  He r e ,  F ig ur e   4   shows  the  t hroughp ut  in  M bps  as  pe r  ti m e  interval ,  w here   our  pro pose d  m od el   RPR A  got  21 .95  Mb ps   ave rag e  th r oughput,  H ARQ - CC  has  achiev ed   17 . 33  Mb ps   and   HA R Q - T1   has   achieve d  15.4  Mbps .   Fi gur e  5   s hows   th e  delay   as  pe r  the  pe rfor m ed  ste ps,  w he re  th e  a ve rage  delay   consi der i ng  al l  the  ste ps   is   1.1 4   s   f ro m   our   RPR A  m od el ,  0.5 2   s   is   obta ined   by  H ARQ - CC   a nd  6.5   s   is   ob ta ine d by  H ARQ - T1 .             Figure  4 .   Th r ough pu t a s  per  t i m e interval     Figure  5 .  D el a y as   pe r  the  p e r form ed  ste ps       4.2. 3.    Scen ari o - C   In   Sce nar i o - C ,   w e  ha ve  co nsi der e d   1  m ac ro - cel l,   12  fe m to - cel l,   30   num ber   of   MC Us   an d   12 0  nu m ber   of  FC Us.   Fig ure  6   s hows  the  t hro ughput  as  pe r  tim e   interval ,  wh e re  dro pout   of   thr ough pu t   can  be   seen  in  194  s ,  24 9  s  an d  263  s.  Howe ver,  sti ll   ou r  pro posed   m od el   aver a ge   throu ghput   of  HetNet  is  28   Mbp s ,  wh ic h  16 %   m or e  com par e  t o  HA R Q - T 1  a nd   5.8  %   m or e  co m par e  to  H AR Q - CC.   Fig ur e  7   s hows  t he  de la y  as   per   the  perfor m ed  ste ps ,  w he re  the  ave rage  delay   con sid erin g  al l  the  st eps  is  0.77   s  f r om   ou r  RPR A   m od el ,   wh ic h 67 % les s co m par e to  HARQ - T1  a nd 44 %  less c om par e to  HARQ - CC.             Figure  6 .   Th r ough pu t a s  per  t i m e interval     Figure  7 .   Dela y as pe r  the  p e r form ed  ste ps       4.2. 4.    Scen ari o - D   In  Sce nar io - D,  w e  ha ve  c on sidere d   1  m acro - cel l,   16  fe m to - cel l,   30  num ber   of  MC Us   a nd   12 0  nu m ber   of  FC Us.  Fig ur e   8  sh ows   the   t hroug hput  as   pe r  ti m e  interva l ,  w her e   propose d  m od el   a ver a ge   thr oughput  of   HetNet  is  38  Mb ps ,   w hic h  17 %   m or e  com par e   to  H ARQ - T1   an d  8 %  m or e  c om par e     to  H ARQ - CC.   Figure  9  s how s  the  delay   as  per  the  pe rform ed  ste ps ,   w he re  the   ave ra ge   delay   c on si de rin g  al l   the steps  is  1.6   s f r om  o ur RP RA m od el ,  2.1 6  s   is   obta ine d by H ARQ - CC   and  20   s   is   ob t ai ned   by  HA R Q - T1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Hetero ge neous  n et work   opti m izati on u si ng r obus t  powe r …   ( Sa vi ta  Pa ti l )   4235           Figure  8 .   Th r ough pu t a s  per  t i m e interval     Figure  9 .   Dela y as pe r  the  p e r form ed  ste ps       4.2. 5.    Scen ari o - E   In   Scena rio - E,   w e  ha ve  c on sidere d   1  m ac ro - cel l,   20  fe m to - cel l,   30   num ber   of  MC Us   a nd   12 0  nu m ber   of   FC Us.   F i gure  10  shows  t he  t hro ughp ut  as  pe r  tim e  interv al ,  wh e re  pro po s ed  m od el   aver a ge   thr oughput  of  HetNet  is  47   Mbps,  43  Mbp s  is   obta ined  by  HA R Q - CC   an d  39 .6   Mb ps   is   ob ta ine d    by  H ARQ - T1 .   Figure  11  s hows  the   delay   as   per  the  pe rform ed  ste ps ,   w he re  the  a ve rag e   delay   co ns id er ing   al l   the steps  is  3.6   s f r om  o ur RP RA m od el ,  4.7  s   is   obta ine d b y HA R Q - CC  a nd  13   s   is   ob ta i ned b y  H ARQ - T1 .             Figure  10 .   T hr oughput as  p e r t i m e interval     Figure  11 .   Del ay  as p e r  the  pe rfor m ed  ste ps             Figure  12 .   A ve rag e   po wer  t ra ns m issi on     Figure  13 .   O btained   a ve rag e  thro ughput   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.