I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   8 ,   No .   3 J u n 201 8 ,   p p .   1 5 6 9 ~ 1 5 7 6   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v8 i 3 . p p 1 5 6 9 - 1576     1569       J o ur na ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   So ft  F requen cy  R euse (S FR)  i n LT E - H ete ro g eneo us  Netw o rk b a sed u po n P o w er Ratio Ev a lua tion       A.   M a urizk a ,   F .   H a m da ni,  M .   M .   Ulf a h,  I s k a nd a r   S c h o o o f   El e c tri c a En g in e e ri n g   a n d   In f o rm a ti c s,  Ba n d u n g   I n stit u t e   o f   T e c h n o lo g y Ja lan   G a n e sh a   No .   1 0 ,     Ba n d u n g   4 0 1 3 2 ,   I n d o n e sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   4 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   A p r   2 0 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   A p r   3 0 ,   2 0 1 8     A s   th e   tra ff ic  d e m a n d   g ro w a n d   th e   RF   e n v iro n m e n c h a n g e s,  th e   m o b il e   n e tw o rk   re li e o n   tec h n iq u e su c h   a S F in   He tero g e n e o u s   Ne t w o rk   (He tNe t)  to   o v e rc o m e   c a p a c it y   a n d   li n k   b u d g e li m it a ti o n   to   m a i n tain   u se r   e x p e rien c e .   In ter - Ce ll   In terf e re n c e   (ICI)  stro n g ly   a ffe c ti n g   S ig n a l - to - In terf e re n c e   p lu No ise   R a ti o   ( S INR)  o f   a c ti v e   UEs,  e sp e c iall y   c e ll - e d g e   u se rs,  w h ich   lea d to   a   si g n if ica n d e g ra d a ti o n   in   th e   to tal  th r o u g h p u t.   In   t h is   p a p e w e   e v a lu a te   th e   p e r f o r m a n c e   o f   S F w it h   He tNe s y ste m   in   o rd e d e a li n g   w it h   in terf e re n c e s.  S i m u latio n   re su lt   s h o w th a t h e   p o w e ra ti o   c o n tro in   S F He tNe sy ste m   d o e sn ’t  h a v e   m u c h   e ffe c o n   to tal   a c h iev e d   c a p a c it y   f o o v e ra ll   c e ll .   K ey w o r d :   HetNe t   L T E - ad v an ce d   P o w er   r atio   SFR   Co p y rig h ©   2 0 1 In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   I s k a n d ar ,   Sch o o l o f   E lectr ical  E n g i n ee r i n g   a n d   I n f o r m atics,   B an d u n g   I n s tit u te  o f   T ec h n o lo g y ,   J alan   Gan es h 1 0 ,   B an d u n g ,   4 0 1 3 2 ,   I n d o n esia.   Mo b ile: 0 8 1 3 1 2 3 5 9 4 6 3     Fax . : 0 2 2 - 2 5 3 4 1 3 3   E m ail:  i s k a n d ar @ s tei. itb . ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N   Mo b ile  w ir ele s s   h as e n j o y ed   c ellu lar   tec h n o lo g y   in   w h ic h   t h s p ec tr u m   is   r e u s ed   w i th i n   s e r v ice  ar ea .   Sp ec tr u m   e f f icie n c y   is   t h r ea s o n   o f   w h y   w u s ed   ce llu lar .   I n   ce ll u lar   s y s te m ,   h a n d o f f   is   t h m aj o r   f ea tu r s o   th at  u s er s   ar ab le   to   m o v e   b et w ee n   ce lls   [ 1 ] .   C u r r e n tl y ,   L o n g   T er m s   E v o lu t io n   ( L T E )   is   th m o s t   p r o m i n en t   ce llu lar   tec h n o lo g y   t h at  us ea  n e w   a n d   w id er   s p ec tr u m   u p   t o   2 0   MH w it h   h i g h   d ata  r ates  an d   lo w er   late n c y   [ 2 ] - [ 4] ,   o f f er in g   e n h an ce d   u s e r   ex p er ien ce   w it h   h ig h - b an d with   co n s u m i n g   ap p licatio n   s u c h   as  o n li n g a m i n g ,   v id eo   s tr ea m in g ,   m o b ile  c lo u d ,   an d   etc.   As  t h tr af f ic  d e m an d   g r o w s   a n d   t h R en v ir o n m e n c h a n g e s ,   t h n et w o r k   r elie s   o n   ce ll  s p litt i n g   o r   ad d itio n al  ca r r ier s   to   o v er co m e   ca p ac it y   a n d   li n k   b u d g et  li m i tatio n s   a n d   m ai n tai n   u n i f o r m   u s er   e x p er ien ce .   A   m o r f lex ib le  d ep lo y m en m o d el   is   n ee d ed   f o r   o p er ato r s   to   i m p r o v e   b r o ad b an d   u s er   e x p er ien ce   in   ef f ec ti v w a y . A   h eter o g e n eo u s   ce llu lar   n e t w o r k   ( HetNe t)   is   o f f er in g   a   n e d ep lo y m en t   o f   h eter o g en eo u s   b ase  s tatio n s   th at   u n d er laid   i n   tr ad itio n al  ( m ac r o )   ce llu lar   n et w o r k .   I n   Het Net   d ep lo y m en t s ,   t h o v er la y   m ac r o   ce ll p r o v id es a   w id ar ea   co v er ag u m b r ella  w h i le  th lo w   p o w er   n o d es ( als o   k n o w n   a s   s m al ce ll s )   ar d ep lo y ed   i n   a   m o r tar g eted   m a n n er   to   alle v iate  co v er ag d e ad   zo n es,  a n d   m o r e   i m p o r tan tl y ,   tr a f f ic  w it h   h ea v y   lo ad   [ 5 ] .   HetNe i s   co n s id er ed   to   b an   e f f icie n s o lu tio n   t o   i m p r o v r eso u r ce   r eu s an d   s p ec tr al  e f f ic ien c y ,   w h ile  o f f lo ad in g   u s er   tr af f ic  f r o m   m ac r o   ce lls   to w ar d   s m a ll  o n es.    HetNe co n s is t s   o f   r eg u lar   ( p lan n ed )   p lace m en t   o f   m ac r o   b ase - s tatio n s   t h at  t y p icall y   tr a n s m it  at   h i g h   p o w er   lev el,   o v er laid   w it h   s e v er al  p ico ,   f em to ,   an d   r ela y   b ase - s tatio n s ,   w h ich   tr a n s m it  at  s u b s ta n tial l y   lo w er   p o w er   lev els  a n d   t y p icall y   d e p lo y ed   in   r elativ e l y   u n p la n n ed   m a n n er   [ 6 ] .   E ac h   m o b ile  te r m in a is   s e r v ed   b y   th b ase - s tatio n s   w it h   th s tr o n g es s ig n al  s tr e n g th ,   w h ile  th u n w a n ted   s ig n al s   r ec eiv e d   f r o m   o th er   b ase - Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N :   2088 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   3 J u n 2 0 1 8   :   1 5 6 9     1576   1570   s tatio n s   ar u s u all y   tr ea ted   as  in ter f er e n ce .   S u ch   p r in c ip les  ca n   lead   to   s ig n i f ica n tl y   s u b - o p tim a p er f o r m a n I n   HetNe en v ir o n m e n I n ter - C el I n ter f er e n ce   C o o r d in atio n   ( I C I C )   b ec o m es  ce n tr al  is s u s in ce   h ig h   p o w er   an d   lo w   p o w er   n o d es  ar o v er laid   b y   ea c h   o th er   w h ile  s h ar in g   t h s a m s p ec tr u m   [ 7 ].   T h m ain   id ea   o f   I C I C   is   to   d iv id ea ch   ce ll  i n to   t w o   s ec tio n s ,   t h ce ll  ce n ter   an d   t h ce ll  ed g e,   an d   th e n   allo ca te  d if f er e n ts u b ca r r ier s   to   u s er s   in   d i f f er en lo ca tio n s .   T h b asic  id ea   o n   w h ich   th e   I C I C   s c h e m es  r el y   i s   to   d iv id th e u s er s   [ 8 ] .   I C I C   tech n iq u es  ca n   b clas s i f ied   in to   Har d   Fre q u e n c y   R e u s e ,   Fra ctio n al  Fre q u e n c y   R e u s ( FF R ) ,   an d   So f t   Fre q u en c y   R e u s ( S FR )   [ 9 ] .   So f Fre q u e n c y   R e u s ( S FR )   is   co n s id er ed   as  a n   ef f ec ti v r eso u r ce   allo ca tio n   tech n iq u th at  i m p r o v p er f o r m an ce   o f   u s er s ,   esp ec iall y   f o r   u s er   ex p er ien ci n g   p o o r   s ig n al.   SF R   is   co n s id er ed   as  th m o s r ep r esen tati v ap p r o ac h   d u to   its   ef f ec t iv e n es s   o f   in ter - ce ll  i n ter f er e n ce   co o r d in atio n   w ith o u t   co m p r o m is i n g   s p ec tr u m   e f f ici en c y .   S FR   ca n   ac h iev b etter   o u tag co n d it io n s   t h a n   clas s i ca r eu s s c h e m es   an d   i m p r o v es  t h ca p ac it y   w i th   r esp ec to   FF R   s ch e m es  [ 10 ] .   So f Fre q u en c y   R e u s ( SF R )   is   co n s id er ed   as   an   ef f ec ti v r eso u r ce   allo ca tio n   tech n iq u th at  i m p r o v p er f o r m a n ce   o f   u s er s ,   e s p ec iall y   f o r   u s er   ex p er ien ci n g   p o o r   s ig n al.       I n ter - C ell  I n ter f er en ce   ( I C I )   s tr o n g l y   af f ec ti n g   Sig n al - to - I n ter f er e n ce   p lu s   No is R atio   ( SIN R )   o f   ac tiv UE s ,   esp ec iall y   ce ll - ed g u s er s ,   w h ic h   lead s   to   s ig n i f ican d eg r ad a tio n   in   t h to tal  th r o u g h p u t .   T h co m b i n atio n   o f f   d if f er en t   ce lls   w i th   d if f er en tr an s m itted   p o w er   co u ld   m a k th e   I C I   p r o b lem   is   m o r co m p lica ted ,   s i n ce   s i m u lta n e o u s   tr a n s m i s s io n s   o v er   th e   s a m f r e q u e n c y   in   ad j ac en c ell.   T h th r o u g h p u t   v alu f o r   u s er s   t h at  ar f ar   f r o m   e - No d eB   ( eNB )   b ec o m es  p r o b le m   s i n ce   th s p ec tr u m   e f f icie n c y   i s   d ec r ea s in g ,   an d   h e n ce   d ec r ea s in g   t h q u alit y   o f   s y s te m   p er f o r m a n ce s .   I n   th is   p ap er ,   w b u ild   s y s te m - le v e l   s i m u lato r   t o   ev al u ate  th p er f o r m a n ce   o f   SF R   w it h   HetN et  s y s te m   i n   o r d er   d ea lin g   with   i n ter f er e n ce .   I n   S ec tio n   2   t h p r o p ag atio n   m o d el  w i ll  b e   d escr ib ed ,   w h i le  i n   S ec tio n   3   w w il b ex p lai n e d   th s y s te m   m o d e an d   f o r m u latio n .   I n   S ec tio n   4   th s i m u la tio n   s et u p   an d   t h r es u lt   w ill   b ex p lai n ed   w h ile   th e   S ec tio n   5   co n clu d th d i s cu s s io n   in   t h is   p ap er .       2.   P RO P AG A T I O M O DE L   On o f   m o s i m p o r tan m etr i in   ce ll u lar   n et w o r k   is   t h e   Sig n al  to   I n ter f er en ce   a n d   n o is r atio   ( SIN R ) .   On ce   t h SIN R   d is tr i b u tio n   i s   k n o w n ,   t h o u ta g a n d   av er ag r ate  ca n   b ea s il y   co m p u ted .   W co u ld   p ick   an   ar b itra r y   s et  o f   p o in p r o ce s s es  an d   f ad in g   d is tr ib u t io n s   to   p lo t h SIN R   d is tr ib u tio n   u s i n g   Mo n te   C ar lo   s i m u la tio n .   T h SIN R   i s   f o r m u lated   i n   E q u atio n   ( 1 ) ,   w it h   P _ R   is   t h r ec ei v ed   p o w er   b y   UE ,   I   is   to tal   in ter f er i n g   p o w er   an d   is   t h n o is p o w er   [ 4 ].     N I PR S I N R                   ( 1 )     No is p o w er       in   d B m   is   ca lc u l ated   in   E q u atio n   ( 2 )   w it h       is   B o ltz m an   co n s ta n t,      is   r o o m   te m p er at u r e,        is   s y s te m   b an d w id t h ,        is   n o is f ig u r w h ic h   is   ass u m ed   0   an d        is   I m p le m en ta t io n   L o s s   w h ic h   is     ass u m ed   0   [ 11 ] ,     IL NF BW kT N l o g 10 l o g 10             ( 2 )     I n   th is   p ap er   w u s ed   Sta n f o r d   Un i v er s it y   I n ter i m   ( SUI )   m o d el  to   d escr ib th ch ar ac ter izatio n   o f   p r o p ag atio n   at  th lar g est  s p atial  s ca le.   T h b en ef it  o f   t h is   m o d el  is   allo w   u s   to   co n s id er   p r o p ag atio n   co n d itio n s   f o r   b o th   lo n g er   an d   clo s er   d is tan ce   f r o m   t h eNB   [ 9 ] .   SUI   is   o n o f   ch a n n el  m o d el  f o r   t h e   f r eq u en c y   b a n d s   b elo w   1 1   G Hz,   w h ic h   i s   d ev elo p ed   u n d er   th 8 0 2 . 1 6   I E E E   w o r k in g   g r o u p   th at  d e v elo p   th e   tech n ical  s tan d ar d s   f o r   f ix ed   w ir ele s s   ac ce s s   s y s te m s   [ 12 ].   T h d o w n li n k   p at h   lo s s         is   d ef in ed   i n   t w o   ca s es,   f o r   d is tan ce       lo w er   th an   r ef e r en ce   d is tan ce           an d   f o r   d is tan ce   h ig h er   th an         .   T h d o w n l i n k   p ath   lo s s   is   d ef in ed   as [ 11 ] ,     ' 0 ' 0 0 , 4 l o g 20 , l o g 10 R R if s R R R if s X X R R P h f L           ( 3 )       Fig u r 1   s h o w   t h HetNe t.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec   &   C o m p   E n g   I SS N:  2 0 8 8 - 8708     S o ft F r eq u en cy   R e u s ( S F R )   i n   LT E - Hete r o g en eo u s   N etw o r ks b a s ed   u p o n   P o w er R a tio     ( I s ka n d a r )   1571     Fig u r e   1 .   HetNe t           is   th d is tan ce   b et w ee n   eNB   an d   UE   in   m eter ,         is   th co r r e ctio n   f ac to r   s in ce   t h f r eq u en c y   u s ed   is   a b o v 2   G Hz  w h ic h   is   d ef i n ed   in   E q u atio n   ( 4 ) ,         is   th e   c o r r ec tio n   f ac to r   f o r   t h r ec ei v er   an te n n a   h ei g h t   w h ic h   is   d ef in ed   in   E q u atio n   ( 5 ) ,   an d     r ep r esen ts   s h ad o w i n g   ter m   o r   a   9 5 th   p er ce n tile  ter m   in   p lan n i n g   m ar g i n s .   T h v a lu o f     is   f i x ed   v alu e,   t h at  is   eq u al  to   1 5 . 8   d B   f o r   th in ter m ed iate  en v ir o n m e n [ 13 ] .   T h f r eq u en c y   co r r ec tio n   f ac to r   ca n   b ex p r ess ed   as [ 12 ] ,     2000 / ] [ l o g 6 M h z f x X f               ( 4 )     a n d   co r r ec tio n   f ac to r   f o r   an ten n h ei g h t c an   b d ef i n ed   as [ 8 ] ,     2000 / l o g UE h h x d X                 ( 5 )     w h er        is   th r ec eiv er   an te n n a   h eig h an d                f o r   ter r ain   t y p es  A   an d   B   o r                f o r   ter r ain   ty p e   C .   T h v alu o f       is   d ef i n ed   as [ 12 ] ,     / 4 l o g 20 ' 0 R x                 ( 6 )     R ef er e n ce   d is ta n ce           is   d ef i n ed   b y   [ 11 ] ,     10 0 ' 0 10 h f X X x R R                 ( 7 )     T h p ath   lo s s   ex p o n e n     d ep en d s   o n   th en v ir o n m e n t,  w h ich   is   d ef i n ed   as [ 12 ] ,     e N B e N B h C h x b a                 ( 8 )     w h er          is   th eNB   an ten n h eig h ( in   m eter s ) .   T h a ,   b ,   a n d   c   co n s tan t s   d ep en d   o n   th p r o p ag atio n   en v ir o n m e n t.  T h v alu e   o f   p at h   lo s s   ex p o n e n t i n   t h u r b an   a r ea   is         ,   f o r   u r b an   ar ea   f o r   ce llu lar   r ad io   p ath   lo s s   ex p o n e n is             ,   an d   f o r   s h ad o w ed   u r b an   ar ea   f o r   ce ll u lar   r ad io   p ath   lo s s   e x p o n en t   is   b et w ee n           an d         .   I n   in d o o r   p r o p ag atio n   p ath   lo s s   e x p o n e n t is o v er           [ 13 ] ,   [1 4 ].   T h SUI   m o d el  co v er   t h r ee   m o s co m m o n   ter r ain   ca teg o r ies h ill y   ter r ai n   w i th   m o d er ate   to   h ea v y   tr ee   d en s itie s   ( t y p A ) ,   a n   i n te r m ed iate  p ath   lo s s   co n d itio n s   ( t y p B ) ,   an d   m o s tl y   f lat  ter r ain   w it h   li g h tr ee   d en s itie s   ( t y p C ) .   Fo r   t y p B ,   th ter r ain   t y p u s v alu                               ,   an d                [ 9 ] .   I n   th is   p ap er   w co n s id er ate  th B   ty p ter r ain .       3.   SYST E M   M O DE L   AND  F O RM UL AT I O N   T h s y s te m   m o d el  co m p r is o f   m ac r o   an d   m icr o   ce lls   ar s h o w n   i n   Fi g u r e   2 .   S FR   i m p l e m en tatio n   d iv id m ac r o   ce ll  i n to   ce ll  ce n ter   w it h   f r eq u en c y   r eu s o f   1   an d   ce ll  ed g w h ic h   h a s   f r eq u en c y   r eu s p atter n   w it h   f ac to r           is   ad o p te d .   Ma cr o   ce ll  h as  r ad iu s        w it h   d is ta n ce   to   th f ir s tier   an d   s ec o n d   tier   ce ll   ce n ter   f r o m   m ea s u r ed   ce ll  ce n ter   w h ic h   is   d ef in ed   as              an d                  r esp ec tiv el y .   Ma cr o   ce ll  allo ca ted   f r eq u en c y   s ep ar atel y   i n to   th r ee   s e g m e n (                 ) .   C ell  c en ter   m a k u s o f   all  s e g m e n ts ,   b u ce ll   ed g o n l y   u s e s   o n o f   t h s e g m e n d i f f er   f r o m   it s   ad j ac en ce ll  ed g s eg m e n allo ca tio n .   T h is   m et h o d   w ill   r ed u ce   th in ter   ce ll c en ter   in t er f er en ce .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N :   2088 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   3 J u n 2 0 1 8   :   1 5 6 9     1576   1572     T h m ax i m u m   tr a n s m it   p o w e r   o f   eNB   is   d ef i n ed   as   th e   p o w e r   tr a n s m it ted   to   th e   ce ll  ed g e.   P o w er   tr an s m itted   f o r   ce ll  ce n ter   is   lo w er   b y   m u l tip lied   w i th   p o w er   r atio       o f   p o w er   tr an s m i tt ed   to   ce ll  ed g is   d en o te d   in   E q u atio n   ( 9 )   [ 11 ] [1 5 ].     1 0 ; Tc Te P             ( 9 )     I n ter f er en ce   t h at  o cc u r r ed   in   m ac r o   ce ll  co n s is t   o f   in ter f er en ce         r ec eiv ed   b y   ce ll  ce n ter   UE   an d   in ter f er e n ce         r ec eiv ed   b y   ce ll  ed g e.     UE   in   ce ll  ce n ter   in ter f er ed   b y   ad j ac en ce lls   ce n ter           ( 6   ce lls   in   th e   f ir s tier   an d   1 2   ce lls   in   th s ec o n d   tier )   an d   b y   ed g ce ll          ( 6   ce lls   in   th s ec o n d   tier ) ,                         w it h           an d           in   E q u atio n s   ( 1 0 )   an d   ( 1 3 ) .   UE   in   ce ll  ed g in ter f er ed   b y           p o w er   tr an s m itted   f r o m   ad j ac en ce ll  ce n ter           ( 6   ce lls   in f ir s tier   a n d   1 2   ce lls   in   s ec o n d   tier )   an d   a d j ac en 6   ce lls   ed g         f o r m u lat ed   in   ( 1 2 )   an d   ( 1 3 ) .   C o ef f icien       an d   th p r o b ab ilit y   eNB   tr an s m i t to   th ce l l e d g     d ef in ed   i n   [ 11 ] ,   [1 6 ]         Fig u r e   2 .   SF R   HetNe t   m o d el  w it h   3         Tc c Tc c C P R d P R d I 2 * 1 * 1 12 6             ( 1 0 )     1 6 2 * 2 Tc c C P R d I               ( 1 1 )     K P R d P R d I Tc c Tc c e 2 * 1 * 1 12 6             ( 1 2 )     1 6 1 * 2 Tc c e P R d I               ( 1 3 )     M icr o   ce ll is   eq u ip p ed   w it h   lo w   B S tr an s m it p o w er   a n d   s m a ller   co v er ag m o d el led   w it h   f r eq u en c y   r eu s o f   1 .   W ass u m t h at  ea ch   m icr o   ce ll  o f   r ad iu s           is   in ter f er ed   b y   6   id en tic  m icr o   ce lls   w h ic h   is   s ep ar ated   b y   d is tan ce                      ea ch   an d   m icr o   ce lls   is   u n i f o r m l y   d is tr ib u ted   in   m ac r o   ce ll.  T h v alu o f   in ter f er e n ce   to   th m icr o   ce ll            is   [ 11 ] ,     1 6 * mi mi T c mi P R r I               ( 1 4 )     w h er     is   t h d is ta n ce   o f   ce r tain   UE   co v er ed   b y   m icr o   c ell  f r o m   B S.  R ec ei v ed   p o w er   in   E q u atio n   ( 1 5 )   f o r m u lated   w it h   co n s id er i n g   S UI   m o d el,   w h er     an d       is   SUI   co ef f icie n t s   ex p lai n ed   in   [ 11 ] ,   [1 6 ].   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec   &   C o m p   E n g   I SS N:  2 0 8 8 - 8708     S o ft F r eq u en cy   R e u s ( S F R )   i n   LT E - Hete r o g en eo u s   N etw o r ks b a s ed   u p o n   P o w er R a tio     ( I s ka n d a r )   1573   T c R P R R P mi                 ( 1 6 )     T h r ec eiv ed   p o w er   lev e l in   d B m   ca n   b ex p r ess ed   as [ 11 ] ,     L R T R T T R P L L G G P P               ( 1 7 )     w h er             ,   an d         ar tr an s m i tter   an ten n g ain s ,   r ec eiv er   an ten n g ain s ,   tr an s m itter   lo s s es,  a n d     r ec eiv er   lo s s es.  Av er ag t h r o u g h p u t o f   UE          in   b it/s   is   d ef in ed   [ 1 7 ].     TTI PRB x x x R U E u i 7 12                 ( 1 8 )     w h er          is   th n u m b er   o f   P R B   allo ca ted   f o r   ce r tain   UE   o n   T r an s m is s io n   T im I n ter v al   ( T T I )   o f   1   m s   g iv e n   i n   T ab le  1 . E f f icien c y         in   b it/re s o u r ce   ele m e n t d ef i n ed   i n ,     i i i M r 2 l o g                   ( 1 9 )     C o d r ate      an d   m o d u latio n   s ize         g iv e n   in   T ab le  2   [1 8 ]       T ab le  1 .   Nu m b er   o f   P R B s   A ll o ca ted   p er   T T I   B a n d w i t h   ( M H z )   N u mb e r   o f   P R B p e r   T TI ,             1 . 5   12   2 . 5   24   5   50   10   1 0 0   15   1 5 0   20   2 0 0       T ab le  2 .   Ov er v ie w   o f   d if f er en t   C QI   C Q I   I n d e x   M o d u l a t i o n   C o d e   R a t e ,           Ef f i c i e n c y ,         Ty p e         0   N o   T r a n smissi o n         1   Q P S K   4   7 8 / 1 0 2 4   0 . 1 5 2 3   2   Q P S K   4   1 2 / 1 0 2 4   0 . 2 3 4 4   3   Q P S K   4   1 9 3 / 1 0 2 4   0 . 3 7 7 0   4   Q P S K   4   3 0 8 / 1 0 2 4   0 . 6 0 1 6   5   Q P S K   4   4 4 9 / 1 0 2 4   0 . 8 7 7 0   6   Q P S K   4   6 0 2 / 1 0 2 4   1 . 1 7 5 8   7   1 6 Q A M   16   3 7 8 / 1 0 2 4   1 . 4 7 6 6   8   1 6 Q A M   16   4 9 0 / 1 0 2 4   1 . 9 1 4 1   9   1 6 Q A M   16   6 1 6 / 1 0 2 4   2 . 4 0 6 3   10   6 4 Q A M   64   4 6 6 / 1 0 2 4   2 . 7 3 0 5   11   6 4 Q A M   64   5 6 7 / 1 0 2 4   3 . 3 2 2 3   12   6 4 Q A M   64   6 6 6 / 1 0 2 4   3 . 9 0 2 3   13   6 4 Q A M   64   7 7 2 / 1 0 2 4   4 . 5 2 3 4   14   6 4 Q A M   64   8 7 3 / 1 0 2 4   5 . 1 1 5 2   15   6 4 Q A M   64   9 4 8 / 1 0 2 4   5 . 5 5 4 7       4.   SI M UL AT I O R E S UL T   A ND  ANAL YSI S   4 . 1 .   Si m ula t io n s et u p   I n   o u r   s i m u latio n ,   w ai m   to   ev alu a te  th p o w er   r atio   v ar iatio n s   b y   i n s p ec ti n g   ac h ie v ed   ca p ac it y   o f   th ce ll.   P er ce n tag o f   UE s   co v er ed   b u y   m icr o   ce lls   also   b ec o m a n   in ter est in g   p ar a m et er   to   ev alu ate.   T o t al  n u m b er   o f   UE s   s er v ed   is   1 0 0 .   Si m u latio n   p ar a m eter s   li s ted   o n   T ab le  3 .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N :   2088 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   3 J u n 2 0 1 8   :   1 5 6 9     1576   1574   T ab le  3 .   Sim u latio n   P ar am e ter s   P a r a me t e r   V a l u e   N u mb e r   o f   ma c r o   c e l l   p e r   c l u st e r   7   N u mb e r   o f   mi c r o   c e l l     p e r   mac r o   c e l l   10   B a n d w i d t h   o f   mac r o   c e l l   1 5   M H z   B a n d w i d t h   o f   mi c r o   c e l l   5   M H z   M a c r o - c e l l   r a d i u s   1 6 4 4   m   M i c r o - c e l l   r a d i u s   5 0   m   N u mb e r   o f   t o t a l   R B s ma c r o   c e l l   1 5 0   P R B s   N u mb e r   o f   t o t a l   R B s m i c r o c e l l   5 0   P R B s   F r e q u e n c y   sp a c i n g   o f   e a c h   R B   1 8 0   k H z   T h e r mal   n o i se   - 1 7 4   d B m / H z   T o t a l   e N B   mac r o   c e l l   t r a n s mi t   p o w e r   p e r   c e l l   3 7   d B m   T o t a l   B S   mi c r o c e l l   t r a n s mi t   p o w e r   p e r   c e l l   2 5   d B m   P a t h   l o ss M o d e l   S U I       4 . 2 .   Si m ula t io n r es ult   W r ep r esen ac h iev ed   ce ll  c ap ac it y   as   t h p o w er   r atio   o f   ce ll   ce n ter   a n d   ed g e   o f   m ac r o   ce ll  i n   Fig u r e   3.   T h ca p ac ity   f o r   AW GN  ch an n el  an d   R a y lei g h   c h an n el  is   e v alu a ted .   Fo r   A W GN  ch an n el,   th to tal   ac h iev ed   ca p ac it y   is   ar o u n d   1 1 0   Mb p s ,   w h ile  f o r   R a y lei g h   C h a n n el  i s   ar o u n d   6 3   Mb p s .   F o r   b o th   s ch e m e s   w e   ca n   co n cl u d th at  p o w er   r atio   d o esn h av m u ch   e f f ec o n   to tal  ac h iev ed   ca p ac it y   f o r   ce ll.  T h is   r esu lt  q u ite   co n tr ad icts   th co m m o n   b elief   th a ad d in g   n o n   m ac r o   ce ll  w ill  d ec r ea s p er f o r m an ce   s i n ce   ad d in g   in ter f er e n ce   le v el.   Si n ce   t h d esire d s ig n al  also   i n cr ea s i n g   as  f a s a s   in ter f er e n ce   lev e l   in cr ea s i n g ,   s o   t h o v er all  SN R   w i ll  h a v s ta b le  v al u e.   W ca n   co n cl u d th at  co m p lex   p o w er   co n tr o i is   n o n ee d ed   f o r   ac h iev e   h i g h   ca p ac it y   in   Het Net.   I n   Fi g u r e   4   w r ep r ese n t h u s er   as s o ciatio n   w i th   m icr o - ce ll   v ar iatio n   co r r e s p o n d in g   to   to tal  ac h iev e d   ca p ac ity .   I is   s h o w n   t h at  th h ig h est  ca p ac it y   is   ac h iev ed   w h e n   2 0 o f   u s er s   ar ass o ciate d   w it h   m icr o - ce l l ,   w h i le  th r est  ar ass o ciate d   w it h   m ac r o - ce l l.    So   f o r   th r est  s i m u latio n ,   w e   u s 8 0 u s er s   i n   m ac r o - ce ll  w h ile  2 0 u s er s   ar in   m icr o - ce ll.  W r e p r esen th d is tr ib u tio n   o f   UE s   co v er ed   b y   m ac r o - ce ll  co r r esp o n d in g   to   eNB   p o s itio n   i n   Fi g u r e   5 .   W ith   1 0   m icr o - ce lls   d is tr ib u ted   u n if o r m l y   in   a   m ac r o - ce ll,  w s h o w   UE s   p o s itio n   co v er ed   in   m icr o - ce ll  i n   F ig u r e   6 .     T o tal  n u m b er   o f   UE   co v er ed   in   a   m icr o - ce ll  i s   to tal  o f   UE   in   m icr o - ce ll  d iv id ed   b y   n u m b er   o f   m icr o - ce ll.Fo r   th r est  s i m u l atio n ,   w u s f i x ed   p o w er   r atio   an d   f ix ed   p er ce n ta g o f   u s er   co v er ed   b y   m icr o - c ells   in   A W GN  c h a n n el,   a s   d escr ib ed   in   T a b le  4 .   SIN R   f o r   UE   co v er ed   b y   m ac r o   ce ll  r ep r esen ted   i n   F ig u r e   7   an d   its   ca p ac it y   r ep r esen ted   i n   Fig u r e   8 .   T h ca p ac ity   r elatio n   w ith   SI NR   f u r th er   d escr ib ed   in   [ 1 7 ] .   W ex p ec th at  th SIN R   v al u w ill  h a v lin ea r   r elatio n   w it h   u s er   p o s itio n ,   t h a is   t h n ea r est  o n f r o m   eNB   w il h av h i g h est  SIN R   a n d   ca p ac it y ,   an d   f o r   th e   f ar th e s o n f r o m   e NB   w ill  h a v lo w est  SIN R   a n d   ca p ac it y .   B u th r e s u l ts   s h o w   t h at  t h u s er s   th at  ar e SIN R   f o r   UE   co v er ed   b y   m icr o   ce ll   r ep r esen ted   in   Fi g u r e   9   an d   i ts   ca p ac it y   r ep r esen ted   in   Fig u r e   1 0 .   Fo r   o v er all,   th SIN R   an d   ca p ac it y   ar h i g h e s w h en   th u s er s   d is tan c is   th n ea r est  o n e,   an d   lo west  w h e n   t h u s er s   d is tan ce   i s   t h f ar th e s o n e,   s i n ce   t h f ar th er   u s er   f r o m   eNB ,   th lo w er   p o w er   w ill  b tr a n s m i tted   d u to   p at h   lo s s   an d   i n ter f er en ce .   B u a s   s h o w n   in   th o s g r ap h ic s ,   s tar ts   f r o m   u s er   w it h   3 7   m   d is ta n ce   f r o m   eNB ,   th e   SIN R   v a lu i s   in cr ea s in g   b i u n til  2   d B .   I is   ca u s ed   d u e   th u s er s   ar r ec eiv i n g   lo w e r   in ter f er e n ce   f r o m   an o th er   m icr o - ce ll s .   T h n u m b er   o f   m icr o - ce ll  u s ed   is   1 0 ,   w h ile  ea ch   o f   ce ll sep ar at ed   b y                       w h ic h   is   u n i f o r m l y   d is tr ib u ted   in   m ac r o   ce ll.           Fig u r e   3 .   P o w er   R atio   Var iati o n s   Fig u r e   4 .   User s   A s s o ciat io n   V ar iatio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec   &   C o m p   E n g   I SS N:  2 0 8 8 - 8708     S o ft F r eq u en cy   R e u s ( S F R )   i n   LT E - Hete r o g en eo u s   N etw o r ks b a s ed   u p o n   P o w er R a tio     ( I s ka n d a r )   1575   T ab le  4 .   Sim u latio n   P ar am e ter s   C e l l   P a r a me t e r e s   V a l u e   N u mb e r   o f   M a c r o - c e l l s   1   N u mb e r   o f   M i c r o - c e l l s   10   N u mb e r   o f   U Es  c o v e r e d   b y   a   M a c r o - c e l l   50   N u mb e r   o f   U Es  c o v e r e d   b y   a   M i c r o - c e l l   5   T o t a l   U Es  M e a su r e d   1 0 0   P o w e r   R a t i o   5 0 %   U se r   C o v e r a g e   b y   a l l   M i c r o - C e l l s   5 0 %   C h a n n e l   A W G N         Fig u r e   5.   UE   Dis tr ib u tio n   in   Ma cr o - ce ll     Fig u r e   6.   UE   Dis tr ib u tio n   in   Mic r o - ce ll         Fig u r e   7.   UE   SIN R   C o v er ed   b y   Ma cr o - C el l     Fig u r e   8.   C ap ac it y   p er   UE   in   Ma cr o - ce ll         Fig u r e   9.   UE   SIN R   C o v er ed   b y   Mic r o - C el l     Fig u r e   10.   C ap ac it y   p er   UE   in   Mic r o - ce ll       5.   CO NCLU SI O N   I n   th is   p ap er   w i n v e s ti g ate  th d y n a m ics   o f   p o w er   r atio   in   A W GN   an d   R a y leig h   c h an n el s   f o r   HetNe s y s te m .   T h s y s te m   m o d el  co m p r is e s   o f   SF R   i m p le m en tatio n   d iv id e   m ac r o   ce l i n to   ce ll   ce n ter   w it h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N :   2088 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   3 J u n 2 0 1 8   :   1 5 6 9     1576   1576   f r eq u en c y   r e u s o f   1   an d   ce ll   ed g w h ic h   h as   f r eq u e n c y   r eu s p atter n   w i th   f ac to r   K= 3 .   T h i n ter   ce ll  ce n ter   in ter f er e n ce   i s   r ed u ce d   b y   ce l ce n ter   m a k u s o f   all  s eg m en ts ,   b u ce ll   ed g o n l y   u s es  o n o f   t h s eg m e n t   d if f er   f r o m   its   ad j ac en t c ell  ed g s e g m e n t a llo ca tio n .   T h r esu lt  s h o w s   t h at  c h a n g i n g   p o w er   r atio   i n   He tNet  s y s te m   d o esn ' t   h a v m u ch   ef f e ct  o n   t o ta l   ac h iev ed   ca p ac it y   b o th   f o r   AW GN  an d   R a y lei g h   co n d it io n s ,   w h ic h   i s   co n tr ad ict  th e   c o m m o n   b elie f   t h at   ad d in g   t h m icr o - ce l w ill   b i n cr ea s i n g   th e   in ter f er e n ce .   I i s   ca u s ed   d u t h d es ir ed   s i g n a also   i n cr ea s i n g   as   f ast   as  i n ter f er en ce   le v el  in cr e asin g ,   s o   t h o v er all  SN R   a n d   ca p ac it y   w i ll  n o ch a n g m u c h .   So   f o r   ac h ie v i n g   h ig h   ca p ac it y   in   Het Net,   it d o esn ' n ee d   m o r co m p lex   p o w er   co n tr o l.   T h r esu lts   also   s h o w   t h at  th h ig h est  ca p ac it y   i s   ac h ie v e d   w h e n   w u s 8 0 u s er s   in   m ac r o - ce ll   w h ile   2 0 u s er s   ar e   in   m icr o - ce ll.  Fo r   u s er s   in   m ac r o - ce ll,  t h u s er s   t h at  ar lo ca ted   in   ce ll  ed g h a v b etter   SIN R   a n d   ca p ac it y   r at h er   t h a n   u s er s   lo ca ted   i n   ce ll   ce n ter ,   s i n ce   e v er y   s e g m en t   h a s   b ee n   allo ca ted   t h e   f i x   n u m b er   o f   R B .   Fo r   u s er s   i n   m icr o - ce ll,   th e   SIN R   a n d   ca p ac it y   ar h i g h est   w h e n   th e   u s er s   d i s tan ce   is   t h e   n ea r est  o n e,   an d   lo w es w h e n   th u s er s   d i s tan ce   i s   th f ar th est  o n e,   s in ce   t h f ar th er   u s er   f r o m   eNB ,   th e   lo w er   p o w er   w ill b tr an s m itte d   d u to   p ath   lo s s   an d   in ter f er en ce .       RE F E R E NC E S   [1 ]   S .   Ne e ra ja,  G .   S a sib h u sh a n a   Ra o ,   A   Co m p a ra ti v e   stu d y   o n   Ha n d o f f   A lg o rit h m f o r   G S M   a n d   CDMA   C e ll u lar   Ne tw o rk s ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o El e c trica a n d   Co m p u ter   E n g i n e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v o l 7 ,   n o .   3 Ju n e   2 0 1 7 ,     IS S N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8 .   [2 ]   Isk a n d a r,   I.   S e t y a wa n ,   a n d   H.  Nu ra in i,   In te r - c e ll   In terf e re n c e   M a n a g e m e n Tec h n iq u e   f o M u lt i - Ce ll   L T E - Ne tw o rk ,   In ter n a ti o n a J o u rn a l   o El e c trica a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) v ol .   7 ,   n o .   5 ,   Oc to b e 2 0 1 7 ,   IS S N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8 .   [3 ]   A d e e b   S a lh ,   L u k m a n   A u d a h ,   N o S h a h id a   M o h d   S h a h ,   S h i p u n   A n u a Ha m z a h ,   A d a p ti v e   A n ten n a   S e lec ti o n   a n d   P o w e A ll o c a ti o n   in   Do w n li n k   M a ss iv e   M IM S y ste m s” ,   In te rn a ti o n a J o u r n a o El e c trica a n d   C o mp u ter   En g i n e e rin g   ( IJ ECE ) v ol 7 ,   n o .   6 De c e m b e 2 0 1 7 ,   IS S N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8 .   [4 ]   Isk a n d a a n d   D.  Hid a y a t,   S C - F DMA   LT P e rf o r m a n c e   T h ro u g h   Hig h   A lt it u d e   P latf o rm C o m m u n ica ti o n s   (HA P S Ch a n n e l” ,   T EL KOM NIKA  ( T e lec o mm u n ica ti o n ,   Co m p u ti n g ,   El e c tro n ics ,   a n d   Co n tro l ) v o l.   1 4 ,   n o.   2 ,   Ju n e   2 0 1 6 ,   p p .   1 1 9 - 1 2 8 .   [5 ]   A u b id a ,   A .   J a si m ,   a n d   S .   A .   M a w jo u d ,   " LT H e tero g e n o u Ne tw o rk Ca s e   S tu d y " ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o f   Co mp u ter   A p p li c a ti o n s ( 0 9 7 5 - 8 8 8 7 ) ,   v o l.   6 1 ,   n o .   8 ,   Ja n u a ry   2 0 1 3 .   [6 ]   A .   G h o sh ,   e a ll ,   " He tero g e n o u Ce ll u lar  N e t w o rk F ro m   T h e o ry   to   P ra c ti c e " ,   IEE Co mm u n ica ti o n M a g ,     p p .   5 4 - 6 4 ,   Ju n e   2 0 1 2 .   [7 ]   G .   G ia m b e n e ,   V . A .   L e ,   T .   Bo u rg e a u ,   H.  Ch a o u c h i,   " S o ft   Fre q u e n c y   Reu se   S c h e me fo He ter o g e n o u L T E   S y ste ms " ,   IEE ICC   2 0 1 5   -   M o b i le an d   W irele ss   Ne t w o rk in g   S y m p o siu m ,   p p .   3 1 6 1 - 3 1 6 6 ,   2 0 1 5 .   [8 ]   E. R.   M a rti n e z ,   In ter  Ce ll   In t e rfe re n c e   Co o rd i n a ti o n   T e c h n iq u e in   HET NET A l m o st  Bla n k   S u b - F ra m e A p p ro a c h ,   2 0 1 3 .   [9 ]   M .   Ya ss in ,   e a l,   S u rv e y   o f   ICI T e c h n iq u e in   L T Ne t w o rk u n d e r   V a ri o u M o b il e   E n v iro n m e n P a ra m e ter s ,   De c e m b e 2 0 1 5 .   [1 0 ]     R.   P a ti l,   R. D.  P a tan e ,   In ter - c e ll   In terf e re n c e   M it ig a ti o n   Re d u c t io n   in   L T Us in g   F re q u e n c y   R e u se   S c h e m e ,   In ter n a t io n a J o u rn a o S c ien ti fi c   a n d   Res e a c h   Pu b li c a ti o n s,   v o l .   5 ,   n o .   8 ,   A u g u st 2 0 1 5 .   [1 1 ]   G .   G ia m b e n e   a n d   T . A .   Ya h i y a ,   LT P l a n n i n g   f o S o f F re q u e n c y   Re u se ,   2 0 1 3 .   [1 2 ]   V .   Erce g ,   K.V . S .   Ha ri,   e a l. ,   Ch a n n e m o d e ls  f o f ix e d   w irele ss   a p p li c a ti o n s” ,   tec h .   re p . ,   IEE 8 0 2 . 1 6   Br o a d b a n d   W irele ss   Ac c e s s W o rk in g   G ro u p ,   Ja n u a ry   2 0 0 1 .   [1 3 ]   W .   Af ric,  N.  M a to sic   a n d   D.  V a k a n te,  " W iM AX   o n   3 . 5   GH Ce ll   S ize   Ca lcu l a ti o n " ,   P r o c e e d in g EL M AR  2 0 0 6 Zad a r,   2 0 0 6 ,   p p .   1 9 5 - 1 9 8 .   [1 4 ]   Ra m jee   P ra sa d " Un iv e r sa Wi re les P e rso n a Co m m u n ica ti o n s" ,   A rtec h   Ho u se ,   Bo sto n ,   L o n d o n ,   1 9 9 8 ,     p p .   3 5 0 - 3 5 3 .   [1 5 ]   G .   G ia m b e n e   a n d   V . A .   L e ,   " Per fo rm a n c e   e v a l u a ti o n   o f   d i ff e re n fra c ti o n a fre q u e n c y   re u se   sc h e me fo L T E " ,   2 0 1 4   E u ro   M e d   T e lco   Co n f e re n c e   (EM T C) ,   Na p les ,   2 0 1 4 ,   p p .   1 - 6.   [1 6 ]   V .   Erce g   e a l. ,   A n   Em p iri c a ll y   B a se d   P a th   L o ss   M o d e f o W irele ss   Ch a n n e ls  in   S u b u rb a n   En v iro n m e n ts ,     v o l.   1 7 ,   n o .   7 ,   p p .   1 2 0 5 - 1 2 1 1 ,   1 9 9 9 .   [1 7 ]   G .   G ia m b e n e ,   V . A .   L e ,   T .   Bo u r g e a u ,   a n d   H.   Ch a o u c h i ,   S o ft   fr e q u e n c y   re u se   sc h e me fo h e ter o g e n e o u L T E   sy ste ms ,   in   IEE I n tern a ti o n a l   C o n f e re n c e   o n   Co m m u n ica ti o n s ,   2 0 1 5 ,   v o l.   2 0 1 5 S e p te,  n o .   Ic ic,   p p .   3 1 6 1 - 3 1 6 6 .   [1 8 ]   V .   Erce g ,   L . J.  G r e e n ste in ,   S . Y.  T jan d ra ,   S . R.   P a rk o f f ,   A .   Gu p ta,  B. n K u li c ,   A . A .   Ju li u s,  R.   Bian c h i,   A n   Em p iri c a ll y   b a se d   P a th   L o ss   M o d e f o W irele ss   Ch a n n e ls  in   S u b u rb a n   E n v ir o n m e n ts” ,   IEE J S A C ,   v o l.   1 7 ,   n o .   7 ,   p p .   1 2 0 5 - 1 2 1 1 ,   Ju ly   1 9 9 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.