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.  3599 ~3 606   IS S N: 20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v9 i 5 . pp3599 - 36 06          3599       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   Perform ance ana lysis of  resour ce  schedulin g in LT E femto cell  with hyb rid ac ce s s mode       S.  F ou z iya Sul th ana   Depa rtment  o f M ec hat ron ic s  En gine er ing,   SR M Insti tut e   of  Sc ience   and  Technol og y ,   Indi a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   J a n   4 , 201 9   Re vised  A pr   5 ,  201 9   Accepte d  Apr   20 , 201 9       Fem toc el l  is  a  prom ising  te chn olog y   tha t  int e nds  in  solving  the   indoo r   cove rag e  problem s  so  as  to  enh anc e  th e  cell  capac i t y .   Th e  over al l  ne twork   per form anc e ,   in   turn  dep ends  on   the  a cc ess  m et h ods  used  b y   th e  femtoce l ls.   The   a ccess   m et hod  is  used  to  identif y   abou t  th e  u ser’s  conne c ti vi t y   wi th  th e   femtoce l l  net wo rk.   The r e  ar e  t hre e  a ccess   m ec hani sm s  def ined  in  Thi rd   Gene ration  p artner ship  Proje ct  (3GP P)  spec i fic a ti on  for   L ong  Te rm   Evol uti on  (L TE)  femtoce ll s:  op en,   cl osed  and  h y brid  a ccess   m ec hani sm s.  H y brid  a ccess   m ec hani sm   is  m ostl y   pre fer re d  b y   th e  net w ork  for  the   eff ective  ut il i za t ion  of  r esourc es .   But   it  is  important  to  r egulate  th e   prope r   sche duli ng   sche m e  for  the m .   I n  thi s  p ape r,  s che dul ing  in   fe m toc el l   is  inve stigated ,   where ,   among  the   non - subs cri ber s,   pre fer ence  is  give n  to  the  users  who   have   high  throughput   priori t y   m e tri c ,   the reb y   in cre a sing  over all   throughput   of   th e  ne twork.   Ke yw or d s :   Fem tocel l   LTE   Sche du li ng   Thro ughput m et ric   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 :   S.  F ouzi ya  Su lt han a ,    Dep a rtem en  Tekn i k  Me katronika   SRM  I nst it ut S ai ns   dan Tek no log i   Katt ankulat hur   -   603.2 03 Ta m il nad u,   I nd ia .   Em a il :  fo uziy a.s@ gm ail.co m       1.   INTROD U CTION   Ther e   is  co ns i der a ble  ev olu ti on   i n  the  fiel d  of   m ob il e  te chnolo gies  ov e r   the  past  deca de.   With  the   grow i ng  dem and   of   va rio us   app li cat io ns ,  it   is  ver y  chall e ng i ng   f or   a  network   t o  e nh a nc e  the  data  rat e,  su c h  that,  the  Q ualit y  of   Ser vice  ( QoS)  of  al l  the   us e rs  are   gua r anteed  with  sat isfie d  le vel.   N ow a days,  half   of   t he  traff ic   a rises  f ro m   ind oo r,   w hich  unde rgo  var i ou s   co ve ra ge  a nd  pe netr at ion   prob le m s.  S o,   the   fem t ocell s,   t og et he r wit h  t he  a dv a nce d w irel ess tec hnol og ie s li ke  L ong  te rm  Ev ol ution (LT E)  a re c on si der e d  as  e m erg in g  so luti on t o ov e rco m e these pr ob le m s,  there by  en ha ncin g  t he  cell  capacit y [1,   2]   Fem tocel ls  (also  cal le d  H om e  evo l ved   N od e  B  (H eNB ))   a re   low  po wer   node s  that  can  be   ov e rlai d  in   the ex ist in g  m a cro   base s ta ti ons [3]. S o,  the  Thir d  Ge ne rati on   Part ner s hip   Pr oject  (3 GP P )  h as take n  init ia ti ves   for  the  de vel opm ent  of   two  ti er  m acro cel l  and   fem tocel l  netwo r ks   i n   LTE  –   Adva nced   s pecifica ti on s.   The  i nfor m at ion   tha t  is   ge ner a te d  f ro m   the  in door  e nv ir onm ent  ex pe rience s  poor quali ty   of  sig nals  a nd sev ere   sign al   de grada ti on   due  to  hi gh   pen et rati on  losses.  He nce ,  the  fem tocel l s  are  m a inly   i ntr oduce d  to  pro vide   traff ic   offloa din g  from   m acr ocell s.  This  t ra ff ic   offl oad i ng   causes  the  re qu i rem ent  of   le sser  m acro cel l  sit es,  wh ic h  res ults  i n  hu ge  sa ving   of   i nv e stm ent   expenses   an d  un i nter rupted   netw ork  c onne ct ivit y  to  the  us er s,   bo t h  in  outd oo r  a nd in door en vir on m ents [4] .   Fem tocel ls  are  op e rated  in  th e  li censed   freq uen cy   s pectr um .   Since,  m ac ro cel l  an d  fem tocel ls  us es   sh are d  freq ue ncy  ba nds,   th e  exte ns ive   in sta ll at ion   of  f e m tocel ls  le ad  to  c ross  ti er   inter fer e nce  relat ed     issues  [ 5].  The   vu lne rab il it y  of   the  inter fer e nce  is  relat ed  t o  the  acce ssin g  m echan is m   us e d  by  the  fem tocel l   netw ork  [6 ] .   I n  this   m echan is m ,  the  us e rs   w ho  are   re gi ste red   t o  t he  fem tocel l  net work  are   cal le d  a s   su bsc ri ber s  a nd  ot her s   are  cal le d  as  no n  s ubs cribers.  T he  ac cess  m echan ism s  that  are  de ve lop e d  f or  fem tocel l   netw orks  a re show n  in  Fig ure   1.   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  :   3 5 9 9   -   3 6 0 6   3600       Fig ure   1 .   Acce ssing m od es in  LTE  fem tocel l s       In   cl ose d  acce s s  m od e,  the  s ubscri ber s  ca n  only   be  able  to  acce ss  the  fem tocel l  network   and   t he  no n  su bsc ri ber s  ar e  prov i ded   w it h  strong  int erf e ren ce  wh e n  they   com e   to  the  vicin it y  of   the  ne twork .   Ma ny  stud ie s  r el at ed  t o  interf eren ce  reducti on,  powe r  co nt ro l  ha ve  bee n  done  f or   this  cl os ed  acce ss  m od es   [7 - 9].   I n  open  access  m od e,  a ll   the  use rs ,  ir r especti ve  of  s ubscri ber s   a nd  non  s ub sc ribe rs  can b e  a ble  t o  acce ss   the  netw ork.  T hough  this   m od e  reduces   the   cro ss - ti er  inter f ere nce,  it   increases  the  nu m ber   of  ha ndove rs  that  pro vid e  ne gative  im pact  on   the  operat or s .  P rev i ou s  st ud ie s   hav e  s how n  th at   the  per f orm ance  of  the  sys tem   i s   i m pr oved  by  traf fic  offloa di ng   of   t his  acce ss  m od e  [10 - 12 ] .  T o  com pr om ise   between   these  tw o  m od es,   the  hy br id   acc ess  m od e  has  been  intr oduce d,   w her e,   al l  the  us ers   are  st il l  able  to  co nnect   to  t he  fe m tocel l  netw ork,  but  pri or it y  is  giv e n  to  the   s ub sc ri bed  use rs   [ 13 ] .   Since  t his  m od e  deals  with  bo t h  the   s ub sc ribers  and  non  subsc r ibers,  sch e duli ng  of  res ources   and  pro vid i ng Q oS  is  ve ry  di f ficult   to  car ry o ut.  Pro per  r es ource  sh ari ng   m et hods   s hould   be  a dopted  f or   the   fem tocel l  net work   beca us e  init ia ll y  it   is  e ssentia l  to  ser ve  the   su bsc ri bed u se rs wit h  a dequat e res ources.     Seve ral  stud ie s  hav e  bee n  carried   ou t  re gardin g  res ource  al locat ion  in  fe m tocel l   networks.   In   ge ne ral,  m o st  of   the  resou rces  sche du li ng  te chn i qu es  e m plo y  First   in  First  Ou t  (F I FO ) ,  rou nd   robin  a nd   pro portion al   f ai rn ess  al gorit hm s  fo r  the  al locat ion   of  re so urces  am ong  non  s ubscri ber s  [14 - 1 6].  In   [ 17] ,   sche du li ng  m eth od  in  hy br id  acce ss  fem toce ll   is   dev el oped ,  wh ic h  pro vide   opportu nisti c  based   sc hedul ing   to   the  no n  s ubscr ibers.  I n  [18],   a  res ource   al locat ion  sc hem e  is  pro pose d  for  the   fem tocel ls,  w her e,   th e  no n  su bsc ri ber s  are   giv en  pr i or it i zed  by  assig ning  la rg e r  weig ht s  to  the m .  Pr iority   based   sc he du li ng  m et ho ds   ar e   pro po se d  in  [19 - 22] , wher e , high est   pr e fer e nc e is giv e n  to rea l t i m e traff ic  u sers . T hough t hese m et ho ds fo c us   on pr ov i ding  Q oS  t o  s ubscri be rs,  t he ov e rall   netw ork  t hroug hput is   not t ake n  int o  c onsider at ion .   In   t his  pap e r,   a   sche du li ng   m et hod  f or  LT E   fem tocel l  wit h  hybr i d  acce s s  m od e  is  pro pose d,   wh e re ,   pr e fer e ntial  access is given  to  the n on subsc r ibers  w ho h a ve  h igh  th r oughput pr i or it y  m et r ic  v al ue.   The r est  o f   the  pa pe r  is  or g anize d  as   f ollow s:   Sect io n  2  desc ribes   the   s yst e m   m od el   con si der e d.  T he   pro posed   sc he du li ng  m et ho d  is e xp l ai ned  in  Secti on 3  i n  de ta il . S ect ion   4  gi ves  the sim ulati on  re su lt s and c on c lusio ns  are dr a wn  i n  Sect ion   5.       2.   SY STE M MO DEL     In  this  w ork,  a  sin gle  m acro cel l  is  c on si der e d  i n  t he  dow nlink  dire ct ion ,   w hich   c on ta in s  1 - 30  fem tocel l  base  sta ti on s.  T he  m acro cel l  base   sta ti on   (e NB)  is  po sit io ned   at   centre  of  the  c el l  and   the  fem tocel l   base  sta ti ons  ( HeN B )  are  distrib uted  ra ndom ly   inside  the  cel l.  It  is  assu m ed  that  the  tr ansm it   po wer   i s  even ly   distrib uted  am ong  al l  the   subcar riers  us e d.  A no t her   a ssum pt ion   is  m ade  that  t he  c overa ge  a rea  of  the   consi der e d  fe m tocel l  base  sta ti on s  are  no t  ov e rlap ping  wi th  one  an oth e r  inside  the  m ac ro cel l  base  sta t ion   a nd   al l  bas e  sta ti on s  are   ass ociat ed  with  a   local   m od ule  as  il lus trat ed  in   Fi g ure   2.  T his  l ocal  m od ule  is  re spon si ble   for  on   t he  whole  res ource  m anag em ent  of  the  syst em .  The  local   m od ule   acq uires  t he  c hannel  in f or m at ion  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       Perf orma nce  analysis  of res ource sc he du li ng in  LTE f emt oc el l  …  ( S.  F ouziy a Su lt ha na )   3601   thr ough  the  fee db ac k  m et ho d  at   the  sta rt  of   e ve ry  Tra ns m it  Ti m e  In te rv al   ( TTI)   a nd   ta ke  decisi on  on   se r ving  of  co rr e spo nd i ng  base  sta ti on  t o  the  us er .  TTI  is  the  al locat ion   per i od  in  LT E  that  la sts  fo r  1  m s  du rati on.   It  is  m ade  assu m pt ion   that  al l  the  fem tocel l  base  sta ti ons  use   hybri d  acce ss  m echan is m   with  lim it ed  nu m be r   of ser ving  of users.           Fig ure   2 .   Syst em   m od el       LTE  syst em   us es  O rth ogona l  Fr e qu e ncy  Divisio n  M ulti ple  Access   ( OFDMA )  in   the  dow nlink,   wh e re  th e  ba ndwi dth   is  div i ded  into   physi cal   resou rce  blo ck s  in  ti m e  a nd  f reque ncy  do m ai n  [ 23 ] .  I n  thi s   syst e m ,  if  a  us er  has  hi gh   Sign al   to  I nter fere nce  N oise  Ra ti o  (S I NR)  f rom   a  fe m tocel l  than  the  m acro cel l  to   wh ic h  it   is  or i gin al ly   associa te d,   the n  the  m acro cel l  can   offloa d  the  tr aff ic   of  the  use r  to  the  fem t ocell ,   pro vid e d,   the  f e m tocel l  has  enou g h  res ourc es.  But  the  s ubscri ber s  of   fe m tocel ls  are  giv en  pr i or it y  ov er  the   non  s ubscri bers. Th e  non su bsc ribe rs  will  b e  init ia ll y con ne ct ed  to the m acro cel l base  stat ion . As s oon  as  they  com e  in  cl os e  pro xim it y  to  the  the  fem tocel l   co ver a ge  a rea,   the  local   m odule  ha s  to   deci de  wh et her  it   sh oul d  be of floa ded to  f em tocel l by analy zi ng  t he  li nk con diti on .       3.   PROP OSE D SCHE DU LI N G M ET H OD   The  ra dio   res ources  ar e  ver y   m uch   lim it ed  in  the  wireless  networ k  en vironm ent.  So ,  the  eff ect iv e   util iz at ion   of  r eso ur ces  is   ve r y  m uch   esse ntial   and  it   is  a  hi gh ly   c halle ng i ng  ta sk .   T he  al locat ion   of  re s ources   a m on g  us e rs  needs  to  be  ve ry  well   co ntr olled.  Wh e n  t he  us e rs  a re  m ov ing   away  from   the  base  sta ti on ,   the  num ber   of   res ources  t o  be  se rv e d  t o  that  us e r  i ncr e ases.  S o,   t he  hybri d  acce ss   fem tocel ls  play   an   i m po rtant  r ole  in  increasin g  the  eff ect ive  usa ge  of   r eso urce s,  there by  i m pr ov i ng   the  ov e r al l  netwo r k  capaci ty .  The hyb rid  ac c ess f em tc el l shar es s om e o f  it s r es ources  to  t he non  subsc riber s .   In  the  pro pose d  resou rce  sc he du li ng   m et ho d,   t he  non  s ub s cribers  who  ha ve  high  t hro ughput  pr i or it y   m et ric  are  giv en  prefe ren ce  to  acce ss  the  fem tocel l.  Sin ce  the  fem toc el ls  us e  hybr i d  acce ss  m echan ism ,   the ser ving  bas e stat ion   has  t o be select e d  be fore sc hedulin g  the  u se rs. T he  b ase  sta ti on   t hat n ee ds  t o  se rv e t he   us er  is  sel ect ed  by  the  local   m od ule  by  an al yz ing   the  SINR  of   a  us e r  per ta ini ng   to  m acro cel l  and  that  of  fem tocel ls.   The use r’ s  SIN R value  w it h re fer e nce to m ac ro cel l  base s ta t ion   m   i n  n th   res ource  blo c k  is  fou nd as      ,, , ,, m n m n mn f n f n o fF PG P G N w      (1)     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  :   3 5 9 9   -   3 6 0 6   3602   wh e re  , mn P an d  , mn G   are  the  transm i t  po we r  an d  cha nnel   gain  f ro m   t he  m acro cel l  base  sta ti on ,   , fn P an d  , fn G are  the   tra ns m i t  powe r  a nd  ch an nel g ai n  f r om   fe m tocel l  base  sta ti on s   fF in  the n et w ork,  o N is  the  s pectral  densi ty  o f n ois e an d  w is t he  re s ource  blo c k ba ndwidt h.   The  us e r’ s  S I NR  value  with   ref ere nce  to  the  fem tocel l   base  sta ti on   kF in  n th   resour ce  blo ck  is   fou nd as      ,, , , , , , k n k n kn m n m n i n i n o i F k PG P G P G N w       (2)   Wh e re   , kn P and   , kn G are   the  transm it   po we r  an d  c hanne l  gain  from   fem tocel l  base   sta ti on   kF to  the  us e r ,   , in P and  , in G are the  t ra ns m it  p ow er  a nd g ai n of t he c hannel  from  t he  inte rf e rin g f e m tocel ls t o  th e u se r.     In  the  be ginnin g,   t he  us e r  will   f in d  out  the   S IN R  f or   al l  t he   base   sta ti on s   i n  the   c ov e rag e   area  of  the   cel l.  It  der ive s   the  SINR  value  from   the  knowle dge   of  c hannel  i nfor m at ion .   Acc ordi ng ly ,  t he  m odulati on  order i s selec te d  to  the  us e r b y t he  ba se stat ion [ 24] .   Af te r  est im ating   the  SINR,   th e  us er  e ns ures  that  the  diff e re nce  bet ween   t he  m acro cel l  ( m )  an d  it s  near est   fem tocel l  ( f )  S I NR  va lue  is  gr eat e r  th an  the   pre def i ne d  th res ho l d  va lue  ( Th )  as   gi ve n  in   eq uatio n  (3).   I f  the  var i at ion   in  SINR  value  of  a  us e r  is  m or e  than   the  threshold  value  the n  the   us er  m a y  req uest  to   acce ss the fem t ocell  n et w ork . T his m ay  b e se t acc ordin g  t o  t he netw ork o pe rator’s  re qu ire m ent.     m f Th    (3)     Fo r  pe rfor m ance  analy sis   it   i s  consi der e d  a s  7  dB.  T his  is   du e  to  t he  fac t  that,  with  thi s  consi der e d  value,  a  us e r  c an  c ha ng e   f rom   on e  m od ulati on   orde r  t o  oth er ,  wh ic h  le a ds   t o  decr ease   in  the   re qu i re m ent  of   resou rces,  the r eby  i m pr ovin g  the  eff ect ive  util iz at ion .  Th e  equ at io n  ( 3 )   is  est i m at ed  m erely   fo r  the   non  su bsc ri ber s .  T he  fem tocel l  network   ca n  be   connecte d  to  the  no n  subsc r ibers  by  analy zi ng   t he  th rou ghput  pr i or it y  m e tric   of   t he  use r  a nd   avail able  res ources .  T he  pro cedure f ollo we d  at   the  l ocal  m od ule  for  li nkin g  the   us er  to   t he fem tocel l netw ork i s g ive n  i n Alg or it hm  I .     Algorithm  I : A t Local m od ule   Estim at e SI NR of the  u se r wit h refe ren ce  to m acro cel l by e qu at io n ( 1)   Estim at e SI NR of the  u se r wit h refe ren ce  to f e m tocel l by eq uation ( 2)     For   TTI  →  1   t o  n   do        if   m f T h  th en        c heck avail a ble r es ources  in fem tocel l net work        li nk  us er  w it h fem tocel l or          el se   sta y c onnect with  m acro cel l     en d  if     en d  for     In   hybri d  acce ss  m echan is m ,  dif fer e nt  al loc at ion   al gorit hm s  m ay   be  use d  f or  s ub sc ri ber s   a nd  non  su bsc ri ber s .  The  co nv e ntio na l  te chn iq ue  of   al locat ing   res ources  to  t he  no n  subsc ribers  is  FI F O  beca use   of   it s  si m ple  flow   of  structu re.  But ,  by  giv in g  pri or it y  to  the  use rs  w ho   hav e  high  thr ough put  value,   the  overall   thr oughput  of  t he  net wor k  ca n  be   im pr ove d.  The  th ree - le ve l   scheduli ng  al gorithm   that  is   us e d  cent rall y  at   the  m acro cel l  base   sta ti on   [ 25]   is  us e d  in  fem toc el ls  al so   for  sc hedulin g  the  non  subsc ribers.   This  al gorit hm   aim s   in im pr ov i ng overall  cell  th rough pu t  w hile m ai ntaining  t he  f ai r ness   am on g us ers.   W it h  three  le vel  sche du li ng   m et ho d,   the  us ers  w ho   a re   in  good  cha nn el   c onditi ons  are  give n  pr e fer e nce  both  in   m acro cel l  and  fem tocel l.  In  fem tocel l  network,  afte r  guaran te ei ng  m ini m u m   rate  requ est e d  by  the  subscri ber s ,  the  rem ain in g  res ources   are  schedule d  to  non  subsc riber s .  Wh il e  doing   sc hedulin g  to  the  non  s ub sc ribe r s,  pr e fe ren ce  is   giv e n  to  the  use rs  w ho  ha ve  high  CQI  valu e  to  increase  th e  ov e rall   throu ghput   of   t otal  us e rs.  Fo r   sim plicity ,  only   thr ough put  pri ori ty   m etr ic   is  cal culat e d  f or  non  s ubs cribers  wh il e  do i ng   sche du li ng i n  f e m tocel ls.   In   t he  fem tocel l  netw ork,   t he  resou rces  are   predeterm ined  f or   s ubscri bers  and  no n  s ub sc r ibers  but  it  is  necessary  t o  gu a ra ntee  the  m ini m u m   data  rate  dem and ed   by  the  s ubscri ber s .  Wh il e  do ing   sc he du li ng   t o  the   non  s ubscri bers prefe ren ce  is  giv e n  to  the  u s ers wit h hig h  C hannel  Qu al it y I nd ic at or  (CQ I)   value .      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       Perf orma nce  analysis  of res ource sc he du li ng in  LTE f emt oc el l  …  ( S.  F ouziy a Su lt ha na )   3603   By  u sin g  th ree  le vel  al gorithm s , th e  thro ughp ut prio rity  m e tric  is estim at ed  wh ic h  is  giv e n as     , , kn k k a v g R T R      (4)     w he re   , kn R   is  the  data  rate  achieved  by  k th   us er  in  n th   res our ce  blo ck  a nd  , k a v g R   is  the  aver ag e  data  rate   achieve d  by  k th   us er .  T he  no n  s ub sc ribe rs  who  hav e   thr ough pu t  pr i or it y  m et ric  gr eat er   than  t hr es hold   valu e   are  c ho s en   f or  al locat ion.  T he  proce dure  fo ll owe d  at   th e  fem tocel ls  fo r   sh a rin g  res ources  with   th e  no n  su bsc ri ber s  is  giv e n  in  A l gori thm  I I.         Algorithm  I I:  At Fem tocel l network   Whil e   non s ubscribe rs req ues t acc ess  do        Esti m at e  T k   fo r  no n  s ub s cri ber s  b y e quat io n (4)       cat eg ori ze  T k   li st    For   T TI →  1   t o  n   do   Gu a ra ntee m in i m u m  r at e to s ub s cribe rs   Check  for avai la ble r es ources       if   cu rr e nt TT I has  resou rces   th en       sel ect   us ers  fro m   T k   li st       assi gn r es our ces        e nd  if     en d  for       4.   SIMULATI O N RESULTS   An   LTE  dow nlink   scena rio  is   con side re d  with  sing le   m acr ocell   base  sta tio n  in  w hich  fe m tocel ls  are   rand om l y  distribu te d  withi n  t he  c ov e ra ge  ar ea  of  the  cel l  without  ov e rla pp i ng  to  eac h  oth e r.   For  sim ulati on   pur po se ,  the   as su m ption   is  m ade  that  t he  use rs  in sid e  t he  cel l  are  m ov in g  with  a  c onst ant  s peed  of  3  and  30   km ph ,  an d  th e  local   m od ul e  receives  perfect   cha nn el   qu al it y  repor t   from   the  us er.  T o  m ini m i ze  the   com plexity ,  it  i s  ta ken   into  c onside rati on   th a t  at   any  po int  of   tim e  there  wi ll   be  60 %  of  re al   tim e  se rv ic e  us ers  and   40%  of   non  real  ti m e  ser vice  us e rs.   Re al   tim e  serv ic e   include s  vi de o  an d  Vo ic e  over  In te rn et   P r oto c ol  (VoIP)  tra ff ic   and   non  real  ti m e  serv ic e  us e rs  inclu de  Be st   Effor t  (BE)  tr aff ic .  Vide o  tr aff ic   with   sou r ce  rate   128  kbps  are   pro duced   by  H . 264  t race - base d   c od e r  a nd  V oI P   tra ff ic   with  s ource  rate  of  8  kb ps   a re  ge ner at e d  from   G. 729  au dio   c od e r.   BE  traff ic   is  pro du ced  by  ideal   source  wh ic h  has   al ways  pack et s  to  sen d.   T he  m ai n  si m ulati on  p a r a m et ers  are s how n  i n  Ta ble  2.       Table  2.   T he  m ai n  sim ul at ion  p aram et ers   Para m eter   Valu e   Ban d wid th   1 0  M Hz   Carrie r  f requ en cy   2  GHz   Su b carr ier  ban d wid th   1 5  kHz   Macr o cell  r ad iu s   5 0 0   m   Fe m to cell  r ad iu s   1 5   m   Macr o cell  tr an s m it  po wer   4 3  dB m   Fe m to cell  tr an s m it  po wer   1 7  dB m   Nu m b e r  o f  f e m to c ell netwo rk   1 - 30   Maxi m u m  nu m b er  of   m o b ile us ers   300   Maxi m u m  su b scri b ers per  f e m to cell   4   Mini m u m   th rou g h p u t of  su b scrib er   4  M b p s   Macr o cell  us er’ s s p eed   3  k m p h  and  30  k m p h   Fe m to cell  us er’ s s p eed   0 - 1  k m p h   Ch an n el  m o d el   6 - Ray  Ty p ical  Ur b an  ( TU )  f o r  o u td o o r   W IN NER  II  f o r  i n d o o r   Mod u latio n  ord er   QPSK,  16  QAM ,  6 4  QAM     W all  atten u atio n   2 0  dB   Si m u latio n  du ration   1 0 0  s       The  pe rfo rm ance  of   the  pro pose d  res ource  al locat ion   m eth od  is  analy ze d  in  te rm s  of   thr ough pu t  of  non  s ubscri bers  an d  total   us e rs  in  t he  syst em .  The  analy sis  is  done  by  in crem enting  the   nu m ber   of   fe m tocel l  netw ork  in  the   m acro cel l  reg ion.  For  pe rform ance  analy sis,  LTESim ,  an  op e n  s ource  sim ula tor  is  us e d  [ 26 ] .   The  a ver a ge  th rou ghput  of  no n  subsc ribe rs  a t  3  km ph   an d  30  km ph   is  s hown   i n  Fig ure   3.   Fr om   th e  fig ure  it   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  :   3 5 9 9   -   3 6 0 6   3604   ob s er ved  that  t he  a ver a ge  t hroug hput  of  no n  s ubscri ber s   is  im pr ov e d  when  c om par ed  with  the   co nve ntion a l   FI F O  base d  al locat ion   m et ho d.   This  is  beca us e  the  pro pos ed  sche du li ng   schem e  pr ov i de s  resour ce  al locat ion  base d  on   t hro ughp ut  pri ori ty   m e tric .  So ,   the  non  s ubscri bers  w ho  ha ve  high  CQ I  value   ar e  giv e n  pri or it y  thus   increasin g  t he  aver a ge  t hro ughput  of  them .  Wh e reas,   the   c onve ntion al   m et hod  al locat es   on  first  c om e   first   serv e  b a sis i rr e sp ect ive  of thei r  c hannel c ondi ti on .   Howe ver,  the r e  is  r e duct ion  in  the   a ver a ge  t hro ughput  of  non  s ub sc ribe rs   w hen  the re  is  increase   in   the  s peed.  T hi s  is  du e   to   the   fact  t hat,  wh e n  th e  s pee d  of  the  non  s ub sc ribers  inc rease s,  the re  will   be   hi gh   po s sibil it y  of   loss  of  the  pa ckets  that  are  sen d  from   the  base  sta t ion .  By   us ing   the  pro po se d  sc he du li ng   m et ho d  there   i s  5%   a nd  11%   increa se  in   th e  ave rag e   th rough pu t  of  non  su bsc ri ber s   w he n  c om par ed   with  t he  al read y  existi ng  co nventio nal   FI F O  ba sed  a ll ocati on   m et ho d  f or   the  ta ke n  sim ulati on   pa ram et ers  at   3  km ph   and 30  km ph , r especti vely .   The  a ver a ge  t hro ughp ut of to t al  u sers  is d e pi ct ed  in Fi g ure   4.  Si nce th e  u s ers  w ho  hav e  good c ha nn el   conditi ons  are  giv e n  pri or it y  in  bo t h  m acro cel l  and   fem tocel l,  the  aver a ge  thr ough pu t  of   al l  the  us er s   in  the   syst e m   is  i m pr ov e d  wh e n  c om par ed  with  t he  co nve ntional   FI F O  bas ed   sche du li ng  m et hod.   T he  propos e d  m et ho d  s hows   10 %  a nd   9%   increase  in  the  ave rag e  th r oughput  of  total   us ers  at   3  km ph   and   30   km ph ,   resp ect ively   w hen com par e d wit h  the  con ve ntion al  m et hod o f  sc hedulin g.           Fig ure   3 .   Av er age thr oughput  of  non  s ubscri ber s   com par ed  t o  c onve ntion al  m et hod of sche duli ng       Fig ure   4 .   A verage th r oughput  of total   us ers   com par ed  t o  c onve ntion al  m et hod of sche duli ng       The  ave ra ge  thr ough pu t  of  non  s ub sc ribe r s  with  res pect  to  oth er  acce ss  m echan ism s  is  giv en  i n  Fig ure   5  (a )  an d  ( b).  F ro m   the  fig ur e  it   is  cl ear  that  no n  s ubscri ber   has  hi gh e st  thr oughput  w hen   t hey  use   the   hybri d  acce ss  m echan ism .  Gen erall y,  th e  non  s ub sc ribe rs   w ho  are   ver y  far  f ro m   the  m acro cel l  base  s ta ti on  will   try   to  ge t  a ccess  from   the  nea rb y  f e m tocel l  netwo r k,   pro vid e d  the  fem tocel l   us es  hybri d  acce ss   m echan ism .  M os tl y,  they   will   ex per ie nce  th e  de gr a de d  qual it y  of   sig nals .  S o,   m or e  res ources  a re  nec essary   for  them   to  satisfy  their  QoS.   Alte rn at ively ,   wh e n  they   are   connect ed  to  t he  fem tocel l  network   with  hy br id   acce ss  m od e,   the  res ource s  are   ef fici en tl y  util iz ed,   there by  inc re a sing  the   ave r age  t hroug hput  of   non  s ubscri bers.         (a)     (b)     Fig ure   5 .  A verage th r oughput  of  non  s ubscri ber s  co m par e d t o  ot her acce ss ing  m echan ism s    (a)  at  3 km ph  a nd (b) at  30 k m ph   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       Perf orma nce  analysis  of res ource sc he du li ng in  LTE f emt oc el l  …  ( S.  F ouziy a Su lt ha na )   3605   In   f em tocel ls  with  ope n  acce ss  m echan is m ,  the  networ k  al lows   al l  the  no n  subscr ibers  to  get   connecte d  w he n  they   com e  near   the  vicinit y  of   the  ne twork .  This  le ads  to  inc reas e  in  the  num ber   of   hand ov e rs  sinc e  the  us ers  are  m ov ing   with  a  consi der a ble  s peed   the re by  de creasin g  the  overall   thr ough pu t  of  the  non  s ub s cr ibers.   W it h  sa m e  env iro nm e nt,  the  fem tocel ls  with  cl os ed  acce ss  m echan ism   a ll ow   only   th e  su bsc ri bed   us e rs  to  get  c onne ct ed  to  t he  ne twork .   Wh e n  the  no n  s ubsc ribers  com e  ne ar  the  vicinit y  of  the   fem tocel l  netwo r k  they   e xp e r ie nce  a  ve ry  s tro ng   i nterf e re nce  f ro m   the  f e m tocel ls.  And  al so,  they   ca n  get  acce ss  only   fro m   the  m acro cel l  base  sta ti on   even   i f  they   ar e  transm itti ng   inf or m at ion   with  de gr a de d  qu al it y.   As  a  res ult,  th e  ave rag e   th rough pu t  of  non  subscri bers  in   fem tocel ls  with  cl ose d  acce s s  m echan is m   is  ve ry  m uch  r ed uce d wh e n  c om par ing wit h ot her a ccess m echan ism s.   The  a ver a ge  t hro ughp ut  of  t ot al   us ers   is  anal yz ed  in  th ree  di ff ere nt  acce ssi ng  m echan ism s  with  t wo   diff e re nt  sp ee ds  an d  is  sho wn  in  Fig ure   6.  It   is  cl early   visible  that  as  the  sp ee d  of  the  use rs  inc reases  t her e  i s   decr ease  in  t he  av era ge  t hro ughp ut b eca us e  of  t he packet l os ses.  An d  al s o,  it  is s how n  t hat the  perf orm ance of  the  fem tocel ls   with  cl os e d  acce ss  m echan ism   is  sli gh tl y  su pe rior  wh e n  com par ed  to  oth e r   acce ss  m echan ism s.  This  is  due  to  t he   fact  that  in  c losed  acce ss  m echan ism ,  the  fem tocel l  inten ds   to  ga ur a nte e  the   su bsc ri ber’ s  in div id ual  ave ra ge  thr ough pu t   by  us ing   al l  of   it s  avail able  resour ces ,  th ereb y  increa sing   the   ov e rall   av era ge   thr ough pu t   of  total   us e rs  i n  the  syst e m .  This  m ay   be  an   adv a ntage ous  m echan ism   fr om   the  netw ork p oin t  of v ie w,   but fai ls i n gu a ran te ei ng QoS  of  al l t he user s in  the  netw ork.   Wh e reas,   in  hybri d  acce ss   m echan ism ,   after  gu a ra nt eei ng   s ubscri ber’s  m ini m u m   resour c e   requirem ent,  so m e  reso ur ces   are  reserved  f or   no n  subscri ber’s  util iz at ion .  This  inc reas es  the  us er ’s  aver a ge   thr oughput  be cause  of  the   e ff ec ti ve   util iz at ion   of  res ourc es  but  no t  a s  m uch   of  cl os e d  acce ss   m echan ism .   On  the  oth e r  ha nd,  op e n  acc ess  m echan ism   sh ow s  poor   perf or m ance  because   of   i nc rease  in   sig naling  a nd   nu m ber   of h a ndove rs.         (a)     (b)     Fig ure   6 .   A verage th r oughput  of total   us ers  c om par ed  t o oth er accessi ng m echan ism s     (a)  at  3 km ph  a nd (b) at  30 k m ph       5.     CONCL US I O N   In   t his  pa pe r,   sche du li ng  for   hybri d  acce ss   fem tocel l  is  i nv e sti gated,  w hich  giv es   pref eren ce  t o  th e   us ers  w ho   ha ve   high  th rou ghpu t  pr i or it y  m e tric .  Since  hybri d  acce ss  m echan ism   is  us ed   in  the  fem tocel ls,  the  serv i ng   base  sta ti on   is  sel ect ed  be fore  sche du li ng   the  us er s .  Local  m od ule  in  the  network   is  res pons i bl e  fo r   sel ect ing   base  sta ti on   to  the  use rs  base d  on  t heir  SINR  fee db ac k.   Af te r  sel ect ing   the  ba se  sta ti on ,  sche du li ng   is  do ne  to  the  non  subsc ribe r s  who  ha ve  high  thr oughput  pri or it y  m et ric.  By   us ing   this  pro posed  m et ho d,   th e   aver a ge  t hroug hput  of  the  t otal  us ers   in  t he  s yst e m   is  increased.   The re  is  10%  a nd  9%  inc rease  in   the  a ve ra ge   thr oughput  of  t otal  us e rs  at   3  km ph   an d  30   km ph ,  respec ti ve ly   wh e n  com par e d  with  the  conve ntion al   m et ho d  of sch e duli ng.       REFERE NCE S   [1]   Vikra m   Chandra sekha r,   Jeffr e y  G.  Andrews   and  Alan  Gath ere r,   " Fem toc e l l  Networks:  A   Surve y , "   IEEE  communic ati on   magaz ine ,  v ol .   4 6,   n o .   9 ,   pp .   59 - 67,   Sep   2008.   [2]   H  Cla uss en,   LT W   Ho,  JG   Andr ews,  " An  over vie w  of  the   femtocl l  concept ,"   B el l  Labs   Tech   Journal ,  v ol .   13,   n o.   1 ,   pp.   224 - 246 ,   20 08.   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  :   3 5 9 9   -   3 6 0 6   3606   [3]   Alan  Barbieri ,   A le ksanda r  d amnjanovi c ,   Ti ngf an g  Ji,  Juan  Montojo,   Yongbin  W ei,  Durga  Malladi,  Os ok  Song  and  Gavin  Horn,  " L TE   Fem toc e ll s:  S y stem  design  and  per form ance  anal y s is ,"   IEEE  journal  on  se le c te d  areas  in   communic ati ons ,  v ol. 30,  n o.   3,   p p.   586 - 593 ,   Apr  2012.   [4]   D  Cal in,   H  Claus sen,   H  Uzuna li oglu,   " On  femto  depl o y m ent   a rch itect ur es  and   m ac roc el l  off lo adi ng  bene f it s  i n   joi nt  m a cro - femt o  depl o y m ent s ,"   IEE E   communic ati on  magaz ine ,  v ol.   48 ,   n o .   1 ,   pp .   26 - 32 ,   2010 .   [5]   P  Li n,   J  Zha ng ,   Y  Chen,   Q  Zh ang,   " Mac ro - fe m to  het ero g eneous   net work  de plo y m ent  and  m ana gement:   fr om   business m odel s to  t ec hni cal  solu ti ons ,"   IE EE wi r el ess c omm unic a ti on ,  v ol .   18 ,   n o .   3,   pp.   64 - 70,   20 11.   [6]   Han - Shin  Jo,  Ping  Xia  and  Jeff re y   G  Andrews ,   " Open,   cl osed  and  share d  ac c e ss   femtoce ll s  in   the   downlink ,"   Eurasip  journal on wi rel ess c omm unic ati ons and   Net work ing ,   vol .   2012 ,   n o .   363 ,   pp.   1 - 16 ,   2012 .   [7]   P  Mac h,   Z  Bec var ,   " QoS   guar ant ee d  power  co ntrol   m ec hani s m   base d  on   the   fra m e  uti li zatio n  for  femtoce ll s ,"   EURA SIP   journ al  of   wireless   co mm unic ati on  an d  net work ing ,  v ol .   2011 ,   n o .   16 ,   2 011.   [8]   Li qun  Fu,   Soung  Chang  Li ew   and  Jianwe i  Hu ang,   " Fast   al gor it hm s  for  joi n t  power  cont ro l  a nd  sche dul ing  i n  wire le ss   ne tworks ,"   IEEE  Tr ansacti ons on   Wirele ss   Comm unic ati ons ,   vol. 9,  n o. 3 ,   pp.   1186 - 1197,   2010.   [9]   Iturr al d e  M. ,   Ya hi y a  T .   A. ,   W e i   A.  and   Be y lo t,  A. ,   " Int erf er ence  Miti g at ion   b y   D y namic   Self  P ower  Control  in  Fem toc el l   Scen a rios  in LT E   Net work ,"   IEEE  Gl obal  Comm unications  Conf ere n ce ,   Anahe im,   pp .   1 - 6,   2012 .   [10]   Xia  P.,   Ch a ndra sekha r  V.  and   Andrews   J.  G.  " Fem toc el l  Ac ce s s  Control   in  th e   TDMA /OFDM A  Uplink ,"   IEEE   Global  Tel ec om municat ions Con fe renc e ,   Miami,   US A,   pp.   1 - 5 ,   2 010 .   [11]   Jo  H.  S.,   Xia  P.  and   Andrew s  J.  G.  " Dow nl ink  Fem toc el l  Networks:  Open  or  Closed ? ,"   I EE E  Inte rnat ion al   Confe renc e  on   C omm unic ati ons ,   K y oto ,   Japa n,   pp .   1 - 5 ,   2011 .   [12]   L.   Li,  C.   Xu,   M.  Ta o ,   " R esourc e  al lo cation  in  open   a cc ess   OF DM A  femt oce l l  ne tworks ,"   IEE E   Wire le s s   Comm unic ati on  Lett ers ,  vo l.   1 ,   n o.   6 ,   pp .   625 - 62 8 ,   2012 .   [13]   Marshoud  H.,   Otrok  H.,   and   Bara da  H. ,   " Mac roc el l  Fem tocell s  Resourc e  Alloc a ti on  with   H y brid  Ac ce s s  Motiva ti on al Model ,"   Phy si cal C omm unic ati on ,  v ol.   11 ,   pp .   3 - 14 ,  2014 .   [14]   Y.  L.   Lee,   T.   C .   Chuah,   J.   Loo  and  A.  Vine l,   " Rec en t  adv anc es   in  rad io   resourc e  m ana gement  f or  het ero g ene ou s  LT E/LT E - A net work s, "   IEE E   C omm un.   Surv.   T uts. ,   vo l. 16, no.  4,   pp .   2142 – 218 0,   Jun 2014 .   [15]   A.  Hatoum,  R.   La ngar ,   N.  Aitsa adi ,   R.   Bou ta ba  and  G.  Pujoll e ,   " Cluste r  base d  r esourc e  m ana ge m ent   in  OF DMA  femtoce l l  n et wor ks wit h  QoS   gua ran tees, "   IE EE Tr ans.  Ve h .   Te chn ol. ,   vol .   63 ,   no .   5 ,   pp .   2378 - 2391 ,   Jun 2014.   [16]   de  la   Roch e  G.,   Valc ar ce   A. ,   Lo pez - Pere z  D.  an d   Jie  Zha ng .   " Acc ess  Control   M ec han ism s  for  F emtoce l ls ,"   IEEE   Comm unic ati ons Magazine ,  vol .   48 ,   no .   1 ,   pp .   33 - 39 ,  2010 .   [17]   L.   B.   Le,  D.  Ni y a to,   E .   Hos sain,   D.  I.   Ki m   and   D.  T.   Hoang,   " QoS - awa re  and  ene rg y - e fficie nt  r esourc e   m ana gement in O FD M A fe m toc el ls, "   IEEE  Tr ans.  Wirel.  Comm u n. ,   vol. 12, no. 1, pp. 180 – 194,   Ja n  2013.   [18]   R.   Estr ada,  A.   Ja rra y ,   H.  Otrok ,   Z.   Dz iong  and  H .   Bara da ,   " Ene rg y ef ficien t  resour ce   al lo cation  m odel   for  OF D MA  m ac r oce l l/ f emtoce l l  ne tworks, "   I EE E   Tr ans.  Ve h .   Technol. ,   vol .   6 3,   no .   5 ,   pp .   349 2 - 3437,   Sep   201 3.   [19]   R.   Bal akr ishnan  and  B.   Canbe rk ,   " Tra ffic - awa re  QoS   provisioni ng  and  admiss ion  cont rol  in  OF DM A  hy br id  sm al l  ce l ls, "   IE EE Tr ans.  Ve h .   Te chnol. ,   vol. 63, no. 2,  pp .   802 – 810 ,   Fe b  2014.   [20]   H.  Zha ng ,   C.   Ji a ng,   N.  C.   B ea u lieu,   X.  Chu ,   X.  W en ,   M.  T ao,   " Resourc e  Allo cation  in  Spe ct rum - Sharing  OF DMA  Fem toc el ls wi th H et ero gen eous  Services, "   IE EE Tr ans.  Comm un. ,   vol.   62 ,   no .   7 ,   pp .   2366 – 2377 ,   Jul   2014.   [21]   Y.  L.  Lee,  J.  L oo  and  T . C .   Chuah,   " D y namic  Resourc e  Man a gement  for  L TE  base d  H y brid  Acc ess  Fem toc e l l   S y stem, "   IE EE S yste ms   Journal ,  v ol.   12 ,   n o .   1 ,   pp .   959 - 970 ,   Mar   2 018.   [22]   S.  Fouzi y a  Sult hana   and  R .   N akke er an,   " Prior ity   base d  r esour ce   sche du li ng  i n  h y brid   acce ss LT E  f emtocell, "   Journal  of   comm unic ati ons   and  I nformation  Ne tworks ,   vol .   3 ,   n o .   2,   Jun 2018 .   [23]   3GP P,  " Te ch.   S pec if ic .   Group  Radi o  Acc ess  Network  –   Phy si cal   Channe l  and  Modulat ion  (Re lea se  8), "   3GPP  TS   36. 211.   [24]   Fan  J.,   Yin  Q . ,   L i  G.Y.,  Peng  B. ,   Zhu  X. ,   " MCS   S el e ct ion   for  Thro ughput  Im prove m ent   in  DL  LT E   S y stem ,"   I E E E   conf ere n ce on  C omputer  Comm unic ati ons   and  Ne tworks ,   Hawa ii ,   pp.   1 - 5 ,   2011 .   [25]   S.  Fouzi y a   Sult hana   and  R .   N akke er an,  " A  Sim ple   Thr ee   Level   Dow nli nk   Packe t   Scheduli ng  to  Im prove   Throughput   in  L TE   Ne twork ,"   I E ICE  Comm un ic a ti on  Ex press ,  v o l .   4 ,   n o .   9 ,   pp .   29 3 - 298,   Sep   2015 .   [26]   Piro  G.,   Griec o  L.   A.,   Bogg ia   G.,   Capo zz i  F. ,   C amarda   P. ,   " Sim ula ti ng  LT E  C ellula r  S y s te m s:  An   Open  Source   Fram ework ,"   IE EE   Tr ansacti ons   on  V ehicular  Te chnol ogy ,  vo l.  60 ,   no .   2 ,   pp .   498 - 513 ,  2010 .       BIOGR AP H I ES   OF  A UTH ORS       Dr.   S.  Fouz iy a  Su lthan a   rec e ive d  her   B.   E   degr ee   in  Elec t ronic s  and  Co m m unic at ion  from   Bhara did asa n  Univer sit y ,   Tam il nad u  in  20 02  and  M.  Tech   and  Ph.   D   in  E le c tronics  an d   Com m unic at ion  from   Pondiche rry   Univer si t y ,   Pu duche rr y   in  200 8   and  2017,   res pec t ive l y .  She  has  worked  in  m any   priv at e  eng in ee ring  co ll eg es  since   2008  and   publi shed  m any   pap ers  in  ref e ree d  journa ls  and  con fer ences.  Her  cu r ren t  res ea rch   fo cuse s  on  Radi o  R esourc e  Man ag ement  in  bro adb and   net works .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.