I n t e r n at ion al  Jou r n al   of   E lec t r ical  an d   Com p u t e r   E n gin e e r in ( I JE CE )   Vol.   15 ,   No.   1 F e br ua r y   20 25 ,   pp.   386 ~ 400   I S S N:  2088 - 8708 ,   DO I 10 . 11591/i jec e . v 15 i 1 . pp 3 86 - 400             386       Jou r n al  h omepage ht tp: // ij e c e . iaes c or e . c om   Pe r f o r m a n c e  of  5G an d  Wi - Fi  6 c oe xi st e n c e :  s p e c t r u m  s h ar i n b ase d  o n  op t imiz e d   d u t y c y c le       As m aa  Helm Z aid F aye z   Wan is   Z ak i,   Hal a   B ah y - E ld e e n   Naf e a   D e pa r tm e nt  of  E le c tr oni c s  a nd C omm uni c a ti ons  E ngi ne e r in g, F a c ul ty  of  E ngi ne e r in g, M a ns our a  U ni ve r s it y, M a n s our a , E gypt       Ar t icle   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e ived  M a 31,   2024   R e vis e Aug  14,   2024   Ac c e pted  Aug  21,   2024       Smart   mo b i l d ev i ce  u s ag i s   i n creas i n g   rap i d l y ;   h e n c e,   cel l u l ar  o p erat o rs   face  t h ch al l e n g o s p ec t ru res o u rce  s h o r t ag e.   T o   ad d res s   t h i s   i s s u e,   res earch er s   h av e x p l o re d   s ev era l   ap p ro ac h es   t o   ach i ev i n g   h i g h l y   eff i ci e n t   u t i l i zat i o n   o w i rel e s s   co mm u n i cat i o n   n e t w o rk   res o u r ces .   O n p r o mi s i n g   s o l u t i o n   l i e s   i n   t h fai c o ex i s t en ce  o 5 G / W i - F i   6   i n   t h u n l i cen s ed   5   G H z   b an d .   T h i s   res earch   i n v e s t i g a t es   d u t y   cy cl mech a n i s t o   p erf o rm  fai r   s p ec t ru s h ar i n g   b e t w ee n   t h e s t w o   w i re l es s   t ech n o l o g i e s ,   i n t en d i n g   t o   o p t i mi ze  p erf o rma n ce  me t ri c s   s u ch   a s   t h ro u g h p u t ,   ca p aci t y ,   b i t   err o rat e   (BE R),   an d   l at en c y .   T h res u l t s   o t h i s   s t u d y   d emo n s t r at s i g n i f i can t   i mp r o v eme n t   i n   s y s t em  p erfo rma n ce  w h en   em p l o y i n g   t h p ro p o s ed   co ex i s t en ce  met h o d   co mp ared   t o   u s i n g   5 G   al o n e   i n   s i n g l cel l .   Sp eci f i cal l y ,   4 0 %   i n creas e   i n   t h ro u g h p u t   a n d   1 4 %   i mp r o v eme n t   i n   cap aci t y   are  re p o r t ed .   Mo reo v er,   fo s i n g l ce l l   u s i n g   W i - Fi   6   o n l y ,   t h e   BE w as   red u ce d   b y   1 9 % ,   an d   t h l at e n cy   w as   l e s s   t h an   o n mi l l i s ec o n d .   A d d i t i o n a l l y ,   t h d u t y   cy c l mech an i s rep o rt e d   h ere   i s   u s ed   t o   p ri o ri t i ze   cal l   s er v i ce s ,   w i t h   t h b l o ck i n g   p ro b ab i l i t y   fo v o i c e - o v er  i n t ern e t   p r o t o co l   (V o IP)   a n d   v i d eo   s t ream  cal l s   b ei n g   i mp r o v e d .   Fu rt h ermo re,   t h ad ap t i v e   b an d w i d t h   res er v at i o n   red u ce d   t h b l o ck i n g   p ro b ab i l i t y   o v i d eo   cal l s     fro 2 1 . 8 %   t o   0 . 9 %   co m p ared   t o   t h f i x e d   me t h o d ;   n o   V o IP  ca l l s   w ere   b l o ck e d .   K e y w o r d s :   5G   C oe xis tenc e   Duty  c yc le   P e r f or manc e   metr ics   S pe c tr um  s ha r ing   Wi - F 6   W ir e les s   c omm unica ti ons   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l u n d e r   t h CC  B Y - SA   l i ce n s e.     C or r e s pon din A u th or :   As maa   He lm Z a id   De pa r t ment   o f   E lec t r on ics   a nd   C om muni c a ti ons   E n ginee r ing ,   F a c ult of   E ng inee r ing M a ns ou r a   Un ive r s it y   M a ns our a DK   35516,   E gypt   E mail:   a s maa he lm y@mans . e du. e g       1.   I NT RODU C T I ON   I the   r e a l   wor ld,   the   im pleme ntation   of   wir e les s   c omm unica ti on  ne twor ks   s hould  include   c ons ider ing  the  e xc e s s ive  c os of   us ing  mul ti p le  r e s our c e s   f or   mul ti p le  tec hnologi e s   a s   we ll   a s   th e   c os of   li c e ns e s pe c tr um  uti li z a ti on.   T a dd r e s s   thi s   is s ue ,   dif f e r e nt  tec hnologi e s ,   s uc a s   5G  a nd  W i - F 6,   c a n   c oe xis in  the   s a me  c e ll   with   a   s pe c if ic  c ont r ol   mec ha nis in  the   unli c e ns e ba nd.   I t   is   ne c e s s a r to   f ind   pr ope r   s olut ions   to   s a ti s f the   c ove r a ge   inc r e a s e   of   the  ne twor k   by   pr ovidi ng   a n   a ppli c a ble  m ode f or   dif f e r e nt  c oe xis ti ng  tec hnologi e s thi s   would  e nha nc e   the  pe r f or manc e   of   the  ove r a ll   ne twor while  uti li z ing   the  unli c e ns e s pe c tr um.     R e late s tudi e s   ha ve   de mon s tr a ted  the  a ppli c a ti on  of   the  c oe xis tenc e   c onc e pti on.   Air ti me  a nd   thr oughput  f a ir ne s s   a r e   e s s e nti a f or   mana ging  t he   he ter oge ne ous   c oe xis ten c e   of   li c e ns e a s s is te a c c e s s   ( L AA )   a nd  W i - F ne twor ks   in  numer ous   a ggr e ga ti on  s c e na r ios   s uc a s   B luetooth  a nd  W i - F c oe x is ti ng  a   2. GH z ,   5G/6G ,   a nd  W i - F 6E   c oe xis ti ng  a 6   GH z ,   a nd  ne r a dio - unli c e ns e ( NR - U)   a nd  giga bit   W i - F c oe xis ti ng  a 60   GH z .   I t   is   c r uc ial   to   e ns ur e   the   int e r f e r e nc e - f r e e   c oe xis tenc e   of   thes e   tec hnologi e s   f or   a   s e a ml e s s   us e r   e xpe r ienc e   [ 1] ,   [ 2] .   F or   e f f icie nt,   f a ir ,   a nd  ha r moni ous   c oe xis tenc e   a mong  unli c e n s e a nd  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   C omp   E ng     I S S N:   2088 - 8708         P e r for manc e   of  5G  and  W i - F i   c oe x is tenc e :   s pe c tr um  s har ing  bas e on     ( A s maa  He lmy   Z aid )   387   c ur r e nt  us e r s   of   f r e que nc ba nds ,   s e ve r a c ha ll e nge s   ha ve   be e dis c u s s e [ 3] .   R e plac ing  L AA   with  NR - c a n   s olve  the  pr oblem   of   ba ndwidth   wa s tage   c a us e d   by  r e s e r va ti on  s ignals   a nd   pr e s e r ve   f a i r ne s s   in  c ha nne l   a c c e s s   f or   both   s c he duled  a nd  r a ndom - a c c e s s   s y s tems .   How e ve r ,   e ns ur ing   f a i r   c oe xis tenc e   be twe e thes e   s ys tems   in  unli c e ns e ba nds   is   not   gua r a ntee d,   a n nove l   mec ha nis ms   a r e   r e qui r e to   im p r ove   the  s ha r ing  of   r e s our c e s   [ 4] .   T o   mana ge   the  c oe xis tenc e   of   long - ter e volut ion   L AA   ( L T E - L AA a nd  W i - F ne t wor ks   in  the  GH z   ba ndwidth,   a innovative  a ppr oa c invol ving  tr a f f ic  opti mi z a ti on  a nd  int e r f e r e nc e   a na lys is   ha s   be e pr opos e [ 5] ,   [ 6] .   T he   s igni f ica nc e   of   c oll a bor a ti on  a mong  s tanda r diza ti on  gr oups   in  de vis ing  c oe xis tenc e   methodologi e s   is   e mphas ize d.   F ur ther mor e ,   to   r e s olve  the   c oe xis tenc e   is s ue   in   f utur e   s pe c tr um  a ll oc a ti ons ,   it   is   e s s e nti a to  de ve lop  methods   that  e f f e c ti ve ly  a ddr e s s   the  c oe xis tenc e   pr oblem  [ 7] .   I ha s   be e n   f ound  that  W i - F doe s   not  r e c e ive  f a ir   a i r ti me  w he ope r a ti ng  L T E - unli c e ns e ( L T E - U)   tr a ns mi s s ions   that  us e   a   duty  c yc le  ( DC )   a ppr oa c on  the   s a me  c ha nne [ 8] .   C onc e r ning  c oe xis tenc e   pe r f or manc e ,   r e s e a r c h e r s   ha ve   f oc us e on  high - p e r f or manc e   us e r   thr oughput  only   in  c r owde a r e a s   by  modi f ying  the  c oe xis tenc e   methods   [ 9] ,   [ 10] .   Ana lyt ica l   mo de ls   a r e   s im ulate us ing  two   di f f e r e nt   r a ndom   wa lk   a ppr oa c he s   to  a s s e s s   the  c oll is ion  p r oba bil it y   f a c e d   b W i - F s tations   a nd  their   c ons e que nt  thr oughput  pe r f or m a nc e   [ 11] .   s c e na r io  of   e s tablis hing  a   typi c a ind oor   f ield   tr ial  in   the  5 . 8   GH z   unli c e ns e ba nd  ha s   be e p r opos e to  im pr ove   the  pe r f or manc e   o f   L T E - a nd  W i - F i,   including  c ove r a ge   a nd  c a pa c it y,   a nd  to   e ns ur e   f a ir   c oe xis tenc e   with  W i - F s ys tems   [ 12] ,   [ 13] .   A   de tailed  a na lys is   wa s   pe r f or med  with   the   a id   of   the  d is c r e te  e ve nt  s im ulator   NS - on   the   c oe xis tenc e   be twe e L T E   a nd  W i - F ne twor ks   ove r   the  5   GH z   unli c e ns e s pe c tr um  ba nd  [ 14 ] .   T he   pe r f or manc e   o f   DC   a nd  l is ten  be f or e   talk  ( L B T )   mec ha nis ms   in  a c hieving  a e f f icie nt   a nd  f a ir   c oe xis tenc e   in  unli c e ns e c ha nne ls   is   e va luate d.   T he   s tudi e s   [ 15] ,   [ 16]   f oc us   on  de ter mi ning  the  maximum   tot a thr oughputs   unde r   thr oughput  f a ir ne s s   a nd   3GPP   f a ir ne s s   with  the  DC   mec ha nis a dopted  a nd  e xpli c it   e xpr e s s ions   obtaine d.   C ompar ing  the  opti mal   thr oughput  pe r f or manc e   of   DC   a nd   L B T   mec ha nis ms   indi c a te  that   the   tr a ns mi s s ion  oppor tun it y   va lue  plays   a   c r uc ial  r ole   in   the   e va luation.   One   c oe xis tenc e   model  be twe e L T E   a nd   W i - F i   ha s   be e p r opos e t ha ha ve   one   c e ll   divi de d   int o   two   vir tual   z one s L T E   is   th e   pr im a r y   z one   wi th  a   li c e ns e s pe c tr um  to   mana ge   a ll   the   da ta  c onne c ti ons ,   while   W i - F i   is   the   s e c onda r z one   with   a n   unli c e ns e s pe c tr um  to  ha ndle   us e r   d a ta  [ 17] T he   c oe xis tenc e   c onc e pt  o f   wir e les s   s ys tems   f or   s pe c tr um   s ha r ing  f ixed   s a telli te  s e r vice s   ( F S S )   a nd  5G   c oe xis tenc e   a bove   3. GH z   ha s   f a c e mul ti ple  c h a ll e nge s .   How e ve r ,   the  pr opos e tec hniques   we r e   a ble  to  make   the  5G  s ys tem  ope r a ble  [ 18] .   ne a pp r oa c wa s   pr opos e to  de s igni ng  mul ti ple  a c c e s s   ( M A)   s tr a tegie s   f or   c oe xis tenc e   be twe e e nh a nc e mobi le  br oa dba nd  ( e M B B + )   a nd  mas s ive  mac hine  type  c omm unica ti on  ( mM T C + )   da ta  s e r vice s   in  a   t e r mi na l - c e ntr ic,   c e ll - f r e e   mas s ive  M I M ( C F - mM I M O)   ne twor k.   T he   pr opos e ti me - f r e que nc s pr e a ding  tec hnique  f or   mM T C +   de vice s   a nd   QoS - ba s e powe r   c ontr ol  mec ha nis ms   a im s   to  e f f icie ntl mul t ipl e the  two  types   of   t r a f f ic   withi the  s a me  ti me - f r e que nc r e s our c e   gr id,   with  s im ulations   de mons tr a ti ng  th e   e f f e c ti ve ne s s   of   the  pr opos e s c he me  [ 19] .   T h e   indoor   c oe xis tenc e   s c e na r io  pr opos e by  3GPP   is   il lus tr a t e d,   a nd  mor e   c ha ll e nge s   a r e   obs e r ve [ 20] .   L T E   a nd  W i - F c a c oe xis in  a n   unli c e ns e s pe c tr um  with   a ppli c a ti ons   of   the   s mar t   gr id;   howe ve r ,   W i - F pe r f or ma nc e   wa s   f ound  to  be   de gr a de [ 21] .   T he   c a ll   a dmi s s ion  c ontr ol  in  c e ll ular   ne twor ks   a nd  L T E   ne two r ks   is   us e to  maximi z e   r e s our c e   uti li z a ti on  [ 22] ,   [ 23 ] .   M os of   thes e   pr e vious   wo r ks   us e   the  duty   c yc le  a ppr oa c to  im pr ove   c e ll   pe r f o r manc e   a nd   a c hieve   f a ir   c oe xis tenc e   of   L T E - a nd  W i - F i.   T he a s s ume  a   de dica ted  va lue  or   r a nge   f or   the  duty   c yc le  of   e a c h   ne twor k,   f or   e xa mpl e   = 0 . 2   or   0 . 5   or   0 . 9   a s   mentioned  in   [ 9] ,   [ 14] ,   [ 20] .   How e ve r ,   the   e f f e c t   of   thi s   a ppr oa c ha s   be e s tudi e only  on  th r oughput  a n late nc a s   pe r f or manc e   met r ics the  s tudi e s   do  not  de a with  the  im pa c o f   c oe xis tenc e   pe r f or manc e   on  dis t inct  types   of   s e r vice s .   Our   pa pe r   dis c us s e s   a a ppr oa c to  a ll owing  s p e c tr um  s ha r ing  be twe e 5G  a nd  W i - F 6   in  the  unli c e ns e GH z   ba nd.   T he   duty  c yc le  mec ha nis is   c ons ider e with  the  f a i r   c oe xis tenc e   of   5G  a nd    Wi - F 6.   W e   c a lcula te  the  opti mum   va lue  o f   t he   duty  c yc le  pe r iod  whic maximi z e s   the  ove r a ll   c e ll 's   thr oughput,   f oc us ing  on  de ter mi ning  the   im pa c of   duty   c yc le  s c he mes   on  W i - F pe r f or manc e   in  c oe xis tenc e   s c e na r ios   whe r e   W i - F ne twor ks   may  c a us e   pe r f or manc e   de gr a da ti ons ,   a nd  we   s tudy  the  va r ious   pe r f or manc e   pa r a mete r s   that   r e f lec t   the  e f f e c of   c oe xis tenc e .   T he   pe r f o r manc e   metr ics   dis c us s e he r e :   thr oughput,   late nc y,   bi e r r or   r a te  ( B E R ) ,   a nd  c a pa c it a r e   e va luate f or   the  whole   c e ll .   Af ter   that,   we   de ter mi ne   whic s e r vice s   will   be   a va il a ble  a c c or ding  to   ba ndwidth;   e it he r   a   voice - ove r   int e r ne pr otocol   ( VoI P )   c a ll   o r   a   video  c a ll   will   be   a dmi tt e de pe nding  on  two  c a ll   a dmi s s ion  c ontr ol  a lgor it hms f ixed  a nd  a da pti ve   ba ndwidth  r e s e r va ti on.   W e   f ound  that  t he   blocking  pr oba bil it wa s   im pr ove f or   the  c oe xis ti ng  model  in   the  c a s e   of   a da pti ve   ba ndwidth  r e s e r va ti on  ove r   the  f ixed  method.   T his   s tudy  wa s   c a r r ied  ou due   to   the  high  de mand  f or   mobi le  phone s   in  today’ s   w or ld.   I a ddit ion  to   the  incr e a s e   of   int e r ne o f   thi ngs   ( I oT )   de vice s ,   mobi le  da ta  tr a f f ic  ha s   incr e a s e s igni f ic a ntl in  the  pa s f e ye a r s ,   with   a   33%   inc r e a s e   in  mobi le  ne twor da ta  tr a f f ic  in   Q3  2023   ( 143   E B   pe r   mont h)   c ompar e to   Q3  2022   [ 24] .   T h is   s tu dy   is   o r ga ni z e d   a s   f o ll ows :   the   me th od   is   p r e s e nte d   in   s e c t io n   2 ,   wh ic h   i s   d iv id e d   in to   th r e e   s ubs e c t io ns :   s e c t io n   2 . 1   p r e s e nt s   t he   de s c r i pt io n   o f   t h e   s ys t e m   m ode l ,   s ubs e c ti on   2 . 2   t he   s ys te m   a na ly s is ,   a nd  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   C omp   E ng ,   Vol .   15 ,   No.   1 F e br ua r y   20 25 :   386 - 400   388   s ubs e c t io n   2 . 3   t he   c o e x is ten c e   s e r v ice s .   S e c ti on   3   p r e s e nts   t he   r e s u lt s   a nd   d is c us s i ons   o f   pe r f or ma nc e   m e t r ics   a nd   th e   c oe x is ti ng   im pa c t   on   s e r vi c e s .   S e c t io n   4   p r e s e nt s   t he   c on c l us i on   a n d   f u tu r e   wo r k .       2.   M E T HO D   2. 1.     S ys t e m   m od e l   T he   pr opos e s ys tem  is   de s igned  to  e va luate   th e   c oe xis tenc e   of   s pe c tr um  s ha r ing  be twe e two   dif f e r e nt  ne twor ks 5G  a nd  W i - F 6.   T he   model  di vides   the  e nvir onment  int two  z one s   [ 17] the  inner   z one   f or   W i - F a nd  the  outer   z one   f or   5G  a s   il lus tr a ted  in  F igur e   1.   I is   e s s e nti a to  highl ight   that  the  tot a l   ba ndwidth  of   the   c e ll   is   e ve nly  div ided  be twe e th e s e   two  z one s ,   r e f lec ti ng  whe r e   us e r s   e xis t:   a.   T h e   i nn e r   z o ne   ( Z o ne   1) ,   de f in e d   a s   a   W i - F i   6   z on e ,   e nc om pa s s e s   h ig h - t r a f f i c   a r e a s   l ik e   ho mes ,   bus i ne s s e s ,   a nd   r e g io ns   ne a r   t he   ba s e   s ta ti on ,   us i ng   25 6 - Q AM .     b.   T he   outer   z one   ( Z one   2)   is   a   5G  z one   with  lowe r   tr a f f ic  de ns it ( li ke   mac r a r e a s )   uti li z ing  64 - QA M .   T he   tot a c e ll   ba ndwidth  is   f ull y   uti li z e d,   with  a   divi s ion  be twe e W i - F a nd  5G   z one s .     As   the  inner   z one   is   c los e r   to  the   B S   a nd  ha s   highe r   tr a f f ic,   it   u ti li z e s   the  outer   z one   ba ndwidth  twice .             F igur e   1.   T he   s ys tem  model  ha s   two  z one s the  inn e r   z one   f or   W i - F 6   a nd  the  oute r   z one   f o r   5G   NR       W e   a s s ume  that  in   a   s e tup  whe r e   W i - F 6 ,   a   s in gular   5G   ba s e   s tation  ( B S ) ,   a nd  l inked  5G   us e r   e quipm e nt  ( UE )   a r e   in  ope r a ti on ,   a   c ha nne s ha r e s   the  5   GH z   unli c e ns e s pe c tr um  ba nd.   T s uppor or thogonal  f r e que nc divi s ion   mul ti plexing   ( OFD M ) - ba s e downlink  c omm unica ti on,   the   5G  B S   a l lows   the  c ha nne ba ndwidth  to   be   s ha r e d   by   s e ve r a or thogo na s ub - c a r r ier s   ( S C ) ,   e a c h   with  ba ndwidth   B .   At   t he   s a me  ti me,   W i - F oc c upies   tr a ns mi s s ions   ba s e on  the  I E E E   pr otocol   802. 11a x.   T p r e ve nt  int e r f e r e nc e   a nd  e ns ur e   s a ti s f a c tor s ys tem  pe r f or manc e ,   a   pr opos e ti me - s ha r ing  pr otocol  a ll ows   the  W i - F to   be   a ll oc a ted  a f r a c ti on  τ ,   whe r e   τ  s pa ns   be twe e a nd  1 .   S i gn i f i c a n t ly ,   the   B S 's   a do p ti on   o f   O F DM   mi t iga tes   in t r a - us e r   in te r f e r e nc e ,   e ns ur i ng   n on - c on f li c t in t r a ns m is s i ons   a mo ng   us e r s   i n   t he   5 G   ne tw o r k .   T h e   d ut y   c y c l in g   t e c h ni qu e   is   im pl e m e n te to   man a g e   t he   c oe xis te nc e   o f   W i - F i   6   a n d   5G   ne tw o r ks .   T his   ma y   a l low   op t im a l   pe r f o r man c e   a nd   qu a l i ty   of   s e r v ice   f or   us e r s .   T he   duty - c yc le  mec ha nis de f ines   the  ON   a nd  O F F   be ha vior ,   a s   s hown  in   F igu r e   2 ,   whic h   invol ve s   a lt e r na ti ng  be twe e ON   a nd  OF F   pe r iods .   Dur ing   the  ON   pe r iod,   the  5G   ne twor is   pe r mi tt e to   t r a ns mi t,   while  the  W i - F i   6   ne twor k   is   r e s tr icte d.   Alter na ti v e ly,   du r ing   the  OF F   pe r iod,   the   W i - F 6   ne twor k   is   a ll owe to  tr a ns mi t,   while   the  5G  ne twor k   is   pr ohibi ted.   T his   mec ha nis he lps   a c hieving  f a ir   c oe xis tenc e   be twe e the  two  ne twor ks   in   the  unli c e ns e ba nd.           F igur e   2.   Duty - c yc le  mec ha nis m                                                                                                                                                                                                                       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   C omp   E ng     I S S N:   2088 - 8708         P e r for manc e   of  5G  and  W i - F i   c oe x is tenc e :   s pe c tr um  s har ing  bas e on     ( A s maa  He lmy   Z aid )   389   2. 2.     S ys t e m   an alys is   Give the  de s ign  of   the   c oe xis tenc e   ne twor k,   on ly  a   s ingl e   ba s e   s tation  ( S B S )   is   a c ti ve   ove r   the   e nti r e   c ha nne l   a a ny   s pe c if ic   ti me   s li c e ,   wi th  the  pr e s umpt ion  of   uni f or m   t r a ns mi s s ion  ti me  a mong   a ll   us e r s .   W he S B S   a ll oc a tes   unli c e ns e s ubc a r r ier ( s )   to   a   us e r   ,   the   ins tanta ne ous   thr oughput   of   the   5G   us e r   is   e xpr e s s e a s   ( 1) ,     = , log 2 ( 1 + | , | 2 0 ) = 1   ( 1)     w he r e     d e n ot e s   th e   po we r   a ll oc a te d   t s ub c a r r i e r s ;   ,   d e n ot e s   c h a n ne ga in ;   ,   de no tes   t he   s ubc a r r ie r     a l loc a t e d   to   th e   us e r   0   d e no tes   th e   n ois e   s p e c tr a l   de n s i ty ;     d e f i ne s   c ha nn e l   ba nd wi dt h;   a n d   | , | 2 0   d e n ot e s   s ig na l - to - no is e   r a t io   ( S NR )   ,   a s   de s c r i be d   i n   T a b le   1.   T h e   t h r o ug hp ut   o f   5 G   U E   may   be   e xp r e s s e d   a s   ( 2 ) ,     = ( 1 )   ( 2)     T he   ter ( 1 )   is   c ons ider e the  pe r iod  f o r   5G  t r a ns mi s s ion.   E a c W i - F us e r s   a ve r a ge   thr oughput  wil l   be   r e pr e s e nted  a s   ( 3) ,     = 6   ( 3)     He r e ,     is   the  nu mber   of   W i - F 6   us e r s ,     is   the   pe r iod  f or   W i - F 6   t r a ns mi s s ion ,   a nd  6   is   W i - F thr oughput  with   dis c r e te  ti me  M a r kov   c ha in  a na lys is   [ 25] .   T he   W i - F th r oughput  is   g iven  by  ( 4) ,     6 = [ ]        ( 1  ) +        +    ( 1 )   ( 4)     whe r e        is   the  pr oba bil it that  a lea s one   us e r   is   tr a ns mi tt ing  in  a   ti mes lot ,   a nd      r e pr e s e nts   the  pr oba bil it that  a   t r a ns mi s s ion  on  the  c ha nne is   s uc c e s s f ul  in  a   ti mes lot .   [ ]   is   the  a ve r a ge   f r a me  pa yl oa s ize   is   the  c oll is ion   ti me;   a nd     de notes   the  s uc c e s s f ul  tr a ns mi s s ion  ti me .     is   the  ti me  whe n   the   ti mes lot   is   e mpt y.       T a ble  1.   S im ulation   pa r a mete r s   P a r a me te r   V a lu e / r a nge   5G  N R  B a ndw id th  ( B W )   80 M bps   Wi - F B a ndw id th  ( B W )   160 M bps   U nl ic e ns e s p e c tr um   5:  5.85 G H z  “ mi dba nd”   B it r a te  r a nge   1   M bps 1   G bps   C a r r ie r  f r e que nc y ( F C )   5 G H z   U s e r  c ount   420 us e r s   V oI P  mi ni mum  ba ndw id th   96 K bps   V id e o mi ni mum  ba ndw id th   480 Kbps   S N R  r a nge   - 30   dB 30   dB   N oi s e   s pe c tr a de ns it y ( N 0)   - 174   dB m   N o. of  t r a ns mi tt in g a nt e nna s  ( )   4 a nt e nna s   N o. of  r e c e iv in g a nt e nna s  ( )   4 a nt e nna s   F a di ng t ype   R a yl e ig h f a di ng c ha nne l   T r a ns mi s s io n r a te  ( )   1   M bps 100   M bp s   N umbe r  of  bi ts  ( )   1   k B   P r opa ga ti on de la y (  )   1ms   E ne r gy pe r  bi t - to - noi s e  pow e r   ( )   0:  30 dB   M odul a ti on or de r  ( 5G )   64   M odul a ti on or de r  ( W i - F 6)   256       2. 2. 1.   Op t im izat io n   f r am e wor k   W e   a ddr e s s   the  opti mi z a ti on  p r oblem  o f   c a lcula ti ng  the  opti mum   duty - c yc le  pe r iod   that  maximi z e s   thr oughput  f o r   the  c oe xis tenc e   of   5G   a nd  W i - F ne twor ks .   T h is   invol ve s   de ter mi ning  a   du ty  c yc le  pe r iod  that  ba lanc e s   the  t r a ns mi s s ion  oppor tuni ti e s   be t we e the  two   tec hnologi e s   to   mi nim ize   int e r f e r e nc e   a nd  maximi z e   ove r a ll   ne twor k   pe r f o r manc e .   T he   main  c ons ider a ti ons   of   the  opti mi z a ti on   pr oblem   include :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   C omp   E ng ,   Vol .   15 ,   No.   1 F e br ua r y   20 25 :   386 - 400   390     T hr oughput  m a xim iza ti on:  M a king  s ur e   that  the  duty  c yc le  dur a ti on  is   opti mi z e to  maximi z e   the  ove r a ll   da ta  thr oughput  o f   both   5G  a nd  W i - F i   ne twor ks .     Ne twor c oe xis tenc e E nc our a ging  c oe xis tenc e   tec hniques   that  let   both  ne twor ks   f unc ti on  w e ll   in   f r e que nc ba nds   they  s ha r e .       I nter f e r e nc e   m a na ge ment:  I mpr oving  the  qua li t of   s e r vice   f or   both  W i - F a nd  5G  ne twor ks   by   mi nim izing  mut ua l   int e r f e r e nc e   be twe e them .   T he   c or e   objec ti ve   r e volves   a r ound  f or mul a ti ng   a opti mi z a ti on   s tr uc tur e   to  e nha nc e   the   c oll e c ti ve   thr oughput  of   5G  U E s   a nd  W i - F 6   us e r s .   T he   pr op os e opti mi z a ti on  may  be   e xplaine a s   ( 5) :     m a x ( , , ) = log ( ) = 1 + log ( ) = 1   ( 5)     with  the  f ol lowing  c ons tr a int s :     C1 :         ,   { 0 , 1 } , ,   ( 5a )     C2 :         , = 1 1 ,      ( 5b)     C3 :         , = 1 = 1   ( 5c )     C4 :         0 1   ( 5d)     T he   f ir s t   c ons tr a int   ( powe r   c ons tr a int ) ,   is   the  s u bc a r r ier   a ll oc a ti on  r e s ult ,   a nd  , = 1   if   s ubc a r r ier   j   is   a ll oc a ted  to  the  us e r   i , = 0   other wis e .   T he   s e c ond  c ons tr a int   is   known  a s   the  lowe r   bound .   T he   thi r c ons tr a int   is   known  a s   the  uppe r   bound .   T he   f our th  c ons tr a int   ( duty   c yc le  c ons tr a int )   is   the  pe r iod  f or   e a c h   ne twor to   be   ( ON )   r a nge   f r om   0:1,   whe r e   one   c yc le  pe r iod = gua r a ntee s   f a ir ne s s   a mong  5G   a nd   W i - F 6   s ys tems .   B s ubs ti tut ing  ( 2)   a nd  ( 3)   in  ( 5) ,   then:     m a x ( , , ) = log ( 1 ) + = 1 + log ( ) + ( l o g ( ) log ( ) )   ( 6)     T h e   o p ti mi z a ti on   p r o bl e m   c a n   b e   s o lv e d   by   ta k in t h e   f i r s t   d e r i va ti ve   o f   ( 6 )   a nd   ma k in g   i t   e qu a l   to  z e r o .   Us in g   M A T L AB ,   th is   o pt i mi z a t i on   p r ob le c a n   be   s ol ve d   t e v a l ua te   t he   o pt i mu m   va l ue   o f   τ ,   wh ich  m a x i mi z e s   t hr ou gh pu t .   T he n ,   va r io us   pe r f o r man c e   m e t r ics   m a y   be   c ons i de r e d   to   a s s e s s   th e   s ys te m's   p e r f o r m a n c e .     2. 3.     P e r f or m an c e   m e t r ics   2. 3. 1.   T h r ou gh p u t   T hr oughput  mea s ur e s   the  r a te  o f   s uc c e s s f ul  da ta  tr a ns mi s s ion  f r om  a   s our c e   to  a   de s ti na ti on  ove r   a   ne twor k.   I e nvi r onments   whe r e   5G  a nd   W i - F 6   c oe xis t,   a c hieving  high   thr oughput   is   e s s e nti a f o r   e ns ur ing  the  s moot pe r f or manc e   of   ba ndwidth - int e ns ive  a ppli c a ti ons   s uc a s   video  s tr e a mi ng  a nd  lar ge   f il e   tr a ns f e r s .   T hr oughput  is   dir e c tl y   a f f e c ted  by  f a c tor s   s uc a s   the  modul a ti on  s c he mes   e mpl oye d,   a nd  a va il a ble   ba ndwidth.   F or   e xa mpl e ,   both  5G   a nd  W i - F 6   ut il ize   a dva nc e modul a ti on  tec hniques   li ke   256 - QA M   a nd  64 - QA M ,   e na bli ng  higher   da ta  r a tes   but  r e qui r in a   good  S NR   to   maintain  high   thr oughput .   E qua ti ons   ( 1)   a nd  ( 4)   c a lcula te  the  th r oughput  f o r   5G  a nd  W i - F r e s pe c ti ve ly.   T he   s um  o f   ( 2 )   a nd  ( 3 )   gives   the  th r oughput  of   the  ove r a ll   c e ll .      = ( 1 ) + 6   ( 7)     2. 3. 2.   L at e n c y   L a tenc y,   whic is   the  de lay  be f o r e   da ta  t r a ns f e r   be gins   a f ter   r e c e ivi ng  ins tr uc ti on ,   is   a   c r uc ial   e leme nt  in  de ter mi ning  us e r   e xpe r ienc e   qua li ty,   pa r ti c ular ly  in  r e a l - ti me  a ppli c a ti ons   s uc a s   onli ne   ga mi ng,   a nd  video  s tr e a mi ng.   M a int a ini ng  low  late nc is   e s s e nti a in  the  c ontext  of   5G  a nd  W i - F 6,   whic a r e   de s igned  to  s uppor ult r a - low  late nc c omm unic a ti ons .   Ove r a ll   late nc y   is   inf luenc e by   s e ve r a f a c tor s ,   including  pr opa ga ti on   de lay  ( ti me  f or   a   s ignal   to   tr a ve thr ough   the  medium ) ,   pr oc e s s ing  de lay  ( ti me   r e quir e f or   ne two r de vice s   to   pr oc e s s   pa c ke ts ) ,   a nd   que u e ing  de lay  ( ti me  s pe nt  wa it ing   in   que ue s   f o r   t r a ns mi s s ion) .   F or   ins tanc e ,   a ppli c a ti ons   that   a r e   s e ns it ive  to   late nc y,   s uc a s   VoI P   or   r e a l - ti me  v ideo  s tr e a mi ng,   n e e to  be   given  pr ior it y   ove r   other   types   o f   da ta  to  e ns ur e   qu a li ty  of   s e r vice   ( QoS) :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   C omp   E ng     I S S N:   2088 - 8708         P e r for manc e   of  5G  and  W i - F i   c oe x is tenc e :   s pe c tr um  s har ing  bas e on     ( A s maa  He lmy   Z aid )   391    = +  + +   ( 8)     =  =   de notes   the  tr a ns mi s s ion  de lay;    is   the  numbe r   of   bit s   to  be   tr a ns f e r r e d;     is   the  tr a ns mi s s ion  r a te;     is   the  pr opa ga ti on  de lay;    is   the  bit s   tr a ve dis tanc e   is   the  s pe e of   pa c ke ts   is   the  que uing  de lay;  a nd    is   the   pr oc e s s ing  de lay.     2. 3. 3.   B it   e r r or   r at e   T he   maintena nc e   of   a   low  B E R   is   e s s e nti a f or   e ns ur ing  the  a c c ur a c of   da ta  tr a ns mi s s ion  in   wir e les s   c omm unica ti on,   pa r ti c ular ly   in   a ppli c a ti ons   that  r e quir e   high   r e li a bil it y ,   s uc a s   f inanc ial   tr a ns a c ti ons   or   medic a da ta  tr a ns mi s s ion.   T he   c o e xis tenc e   of   5G  a nd  W i - F c a make   maintaini ng  a   low   B E R   mor e   c ha ll e nging  due   to  potential   int e r f e r e nc e   be twe e the  two  ne twor ks .   S e ve r a f a c tor s   a f f e c B E R ,   including  the  modul a ti on  s c he me,   S NR ,   a nd  e nvir onmenta c ondit ions .   Highly  a dva nc e modul a ti on  s c he mes ,   li ke   thos e   us e in  5G  a nd  W i - F 6,   a ll ow  f or   higher   da ta  r a tes   but  a r e   mo r e   s us c e pti ble  to  e r r or s   in   the  pr e s e nc e   of   nois e   or   int e r f e r e nc e :     = 1 log 2 ( 1 3 log 2 / ( 2 1 ) 3 l o g 2 2 1 + 1 )   ( 9)     whe r e     de notes   modul a ti on  o r de r   e qua ls   / 0 a nd    is   the  bit   e ne r gy.     2. 3. 4.   Capacit y   T he   maximum   a c hieva ble  da ta  r a te  that  a   ne twor c a s uppor unde r   idea c ondit ions   is   known  a s   c a pa c it y,   of ten   de f ined   by   the   S ha nnon - Ha r tl e th e or e m.   I n   a n   e nvir onment   whe r e   5G  a nd   W i - F i   6   c oe xis t,   c a pa c it is   a   c r it ica mea s ur e   a s   it   de ter mi ne s   t he   e f f icie nt  us a ge   of   the   a va il a ble  s pe c tr um  to  s e r ve   the  ne twor k's   us e r s .   Highe r   c a pa c it mea ns   that  mor e   us e r s   c a be   s uppor ted  s im ult a ne ou s ly,   a nd  higher   da ta  r a tes   c a be   a c hieve d,   whic h   is   pa r ti c ular ly   im po r tant  in   high - de ns it a r e a s   s uc a s   s tadiums   o r   ur b a a r e a s .   S e ve r a f a c tor s   inf luenc e   the  c a pa c it of   a   ne twor k,   including  a va il a ble  ba ndwidth,   S NR ,   a nd  the  e f f icie nc of   the  modul a ti on  s c he mes   us e d.   B oth  5G   a nd   W i - F a im   to   maximi z e   c a pa c it th r ough  a dva nc e d   tec hnologi e s   s uc a s   mas s ive  mul ti ple   input   mul ti ple  output   ( M I M O )   in   5G   a nd   mul ti - us e r   M I M O   ( MU - M I M O )   in  W i - F 6:     =   {  ( R  ) = log 2  ( I + HR  H ) }   ( 10)     w he r e     is   the  tr a ns mi s s ion  powe r   f o r   e a c tr a ns mi t   a ntenna ,     is   the  number   of   tr a ns mi tt ing   a ntenna s ,   I   is   a ×   identit matr ix ,     is   the   number   of   r e c e ivi ng  a ntenna s ,   R    is   the  a utocor r e lation   of   the   tr a ns mi tt e s ignal  ve c tor ,   H   is   the  c or r e late c ha nn e l ,   a nd   H   is   a   r a ndom  matr ix   whos e   c ha nne c a pa c it is   time - va r ied  r a ndoml y.   T he n ,   the  e f f e c of   the   c ha nne c a be   e xpr e s s e by  a   c ha nne l   matr ix   H ,   whic h   c a be   given  a s ,     H = [ 0 , 0 0 , 1 1 , 0 1 , 1 0 , 1 1 , 1 1 , 0 1 , 1 1 , 1 ]   ( 11)     whe r e     , = 0 [ ] + 1 [ ] 2   + + 1 [ ] 2  ( 1 )    ( 12)     Note   that  , = 0 , 1 , , 1 .     2. 4.     Coe xis t e n c e   s e r vice s   2. 4. 1.   Voic e   s e r vice s   Voic e   s e r vice s   a r e   a ls c a ll e voice - ov e r   I P   ( Vo I P ) .   VoI P   us ua ll r e qui r e s   low  late nc a nd  high  r e li a bil it y.   T he   ne twor that  o f f e r s   the  be s c ondi ti ons   f or   VoI P   c a be   pr ior it ize ba s e on  f a c tor s   s uc a s   s ignal  s tr e ngth,   ne twor k   load,   a nd  int e r f e r e nc e   lev e ls .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   C omp   E ng ,   Vol .   15 ,   No.   1 F e br ua r y   20 25 :   386 - 400   392   2 . 4. 2.   Vid e s e r vice s   S tr e a mi ng  video   s e r vice s   ne e high   ba ndwidth   a nd  low  pa c ke t   los s   to  e ns ur e   s moot view ing .   E xpe r ienc e   c a guide  the   s e lec ti on  of   the   ne twor that  pr ovides   the   ne c e s s a r ba ndwidth  a nd  r e li a bil it f o r   s tr e a mi ng  video  ba s e on  f a c tor s   s uc a s   ne twor c onge s ti on  a nd  a va il a ble  r e s our c e s .   M ini mum   va lues   of   the  ba ndwidth  a r e   c ons ider e f or   two  types   of   s e r vice s VoI P   c a ll s   a nd  video  c a ll s .   T he   mi nim um  r e quir e ba ndwidth  f or   a   voice   c a ll   would   be   96  kbps ,   a nd   the  mi nim um  ba ndwidth  ne e de f o r   a   video  c a ll   would  be   480  kbps .   I the  f ol lowing  s e c ti on,   two  ba ndwi dth  r e s e r va ti on  methods     f ixed  ba ndwidth  a nd  a da pti ve   ba ndwidth    a r e   c ons ider e th r ough  s im ulation   to  c ompar e   their   e f f e c ts   on  the  ne two r k.   a.   F ixed  ba ndwidth  r e s e r va ti on   F igur e   il lus tr a tes   the  f ixed  ba ndwidth  r e s e r va ti on  method.   I the  c a s e   of   a   voice   c a ll ,   the  c a ll   will   be   a dmi tt e if   the  f oll owing  c ondit ion  is   s a ti s f ied:  T he   mi nim um  VoI P   c a ll   B W   a dde to  a c c umul a ted  VoI P   c a ll s   B W   is   les s   than   the   dif f e r e nc e   be twe e the   f i xe thr e s hold   a nd  the   maximum   ba ndwidth   in   the   a va il a ble   r a nge .   Othe r wis e ,   the  ne w   c a ll   will   be   r e jec ted,   a s   ther e   is   not  s uf f icie nt  B W   to   a c c e pt  it .   Onc e   the  n e VoI P   c a ll   is   a dmi tt e d,   the  a c c umul a ted  VoI P   B W   will   be   incr e a s e by  the  ne a dmi t ted  c a ll   B W .           F igur e   3.   F ixed   ba ndwidth  r e s e r va ti on  f or   VoI P   a n video  c a ll s       S im il a r ly,   a   ne video   c a ll   will   only  be   a dmi tt e if   the   mi nim um   video   c a ll   B W   a dde to   a c c umul a ted  video  c a ll s   B W   is   les s   than  the  f ixed  thr e s hold  va lue.   Othe r wis e ,   the  ne c a ll   will   be   r e jec ted.   T he n,   in  the   c a s e   of   a dmi tt ing   the   ne video   c a ll ,   the  a c c umul a ted   video  B W   wil be   incr e a s e by   the  ne a dmi tt e c a ll   B W .   T he   f low   c ha r in   F igu r e   s im pli f ies   Algor it hm s   logi c   o f   s e r vice   a ll oc a ti on ,   u s ing  the  f ixed  ba ndwidth  r e s e r va ti on  method.           F igur e   4.   S e r vice s   f low - c ha r us ing  the  f ixed   ba ndwidth  r e s e r va ti on                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   C omp   E ng     I S S N:   2088 - 8708         P e r for manc e   of  5G  and  W i - F i   c oe x is tenc e :   s pe c tr um  s har ing  bas e on     ( A s maa  He lmy   Z aid )   393   Algor it hm  1 .   S e r vice s   a ll oc a ti on  us ing  f ixed   ba ndwidth  r e s e r va ti on   Determine the optimum timeshare value for Wi - Fi 6 =   For each new call, check if it is 5G or Wi - Fi 6 Call:      New 5G call (within the time frame of   1 )        Is this a 5G VoIP Call?          If (Allocated 5G VoIP BW + min 5G VoIP BW) < (5G BW  -   Threshold)            Accept 5G VoIP Call            Update Allocated 5G VoIP BW          Else            Reject 5G VoIP Call        Is this a 5G Video Call?          If (Allocated 5G Video BW + min 5G Video BW) < 5G BW            Accept 5G Video Call            Update Allocated 5G Video BW          Else            Reject 5G Video Call      New Wi - Fi 6 call (within the time frame of   )        Is this a Wi - Fi 6 VoIP Call?          If (Allocated Wi - Fi 6 VoIP BW + min. Wi - Fi 6 VoIP BW) < (Wi - Fi 6 BW  -   Threshold)            Accept Wi - Fi 6 VoIP Call            Update Allocated Wi - Fi 6 VoIP BW          Else            Reject Wi - Fi 6 VoIP Call        Is this a Wi - Fi 6 Video Call?          If (Allocated Wi - Fi 6 Video BW + min Wi - Fi 6 Video BW) < Wi - Fi 6 BW            Accept Wi - Fi 6 Video Call            Update Allocated Wi - Fi 6 Video BW          Else            Reject Wi - Fi 6 Video Call   Go to the next new call     b.   Ada pti ve   ba ndwidth  r e s e r va ti on   I the  pr e vious   s e c ti on,   it   wa s   s hown   that  the  f ixed  method  of   ba ndwidth  r e s e r va ti on  p r ovides   e xc e ll e nt  pe r f or manc e   f or   VoI P   c a ll s howe ve r ,   m ult ipl e   video  c a ll s   we r e   blocke d.   T he r e f o r e ,   we   di s c us s   in  thi s   s e c ti on  the  a da pti ve   ba ndwidth  r e s e r va ti on  method  that  is   il lus tr a ted  in  F igur e   5 ,   whic a im s   to   e nha nc e   the  blocking  pr oba bil it of   incoming  c a ll s   by  f o c us ing  on  video  c a ll s .   T c ons ider   the  a da pti ve   method,   mi nim um  a nd   maximum   va lues   a r e   pr opos e f or   the   thr e s hold  r a nge .   T he   a da pti ve   th r e s hold  va lu e   moves   a long  that  r a nge   a nd   s hould  not  e xc e e the   maxim um  de f ined  li mi t.           F igur e   5.   Ada pti ve   ba ndwidth   r e s e r va ti on  f o r   VoI P   a nd  video  c a ll s       I the  c a s e   of   a   VoI P   c a ll ,   the  c a ll   will   be   a dmi tt e if   the  f oll owing  c ondit ion  is   s a ti s f ied:  T he   mi nim um  Vo I P   c a ll   B W   a dde to   a c c umul a ted   VoI P   c a ll s   B W   is   les s   than   the   dif f e r e nc e   be t we e the  a da pti ve   thr e s hold  a nd   the   maximum   ba ndwidth   in   the   a va il a ble  r a nge .   Othe r wis e ,   the   ne c a ll   will   be   r e jec ted  a s   ther e   is   not   s uf f icie nt  B W   to   a c c e pt  it .   Onc e   the  ne VoI P   c a ll   is   a dmi tt e d ,   the   a c c umul a ted  VoI P   B W   will   be   incr e a s e by  the   ne a dmi tt e c a ll   B W .     S im il a r ly,   a   ne video   c a ll   will   only  be   a dmi tt e if   the   mi nim um   video   c a ll   B W   a dde to   a c c umul a ted  video  c a ll s   B W   is   les s   than   the   a da pti ve   thr e s hold   va lue.   Othe r wis e ,   the  ne w   c a l will   be   r e jec ted.   T he n,   in  the  c a s e   of   a dmi tt ing  the  ne v ideo  c a ll ,   the  a c c umul a ted  video  B W   will   be   inc r e a s e by   the  ne a dmi tt e c a ll   B W .   F inally,   the  a lgor it h will   c he c the  a bil it to  inc r e a s e   the  a da pti ve   thr e s hold  va lue  to  a ll ow  mor e   video  c a ll s   to  be   a c c e pt e without   a f f e c ti ng  the  s pa c e   a ll oc a ted  to  the  ne xt  po s s i ble  VoI P   c a ll .   T he   f low   c ha r t   in   F igu r e   s im pli f ies   the   Al gor it hm’ s   2   logi c   of   s e r vice   a ll oc a ti on ,   us ing  the   a da pti ve   ba ndwidth  r e s e r va ti on  method.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   C omp   E ng ,   Vol .   15 ,   No.   1 F e br ua r y   20 25 :   386 - 400   394       F igur e   6.   S e r vice s   f low - c ha r us ing  a da pti ve   ba ndwidth  r e s e r va ti on       Algor it hm  2 .   S e r vice s   a ll oc a ti on  us ing  a da pti ve   ba ndwidth  r e s e r va ti on   Determine the  optimum timeshare value for Wi - Fi 6 =   Define Maximum and Minimum Threshold values   Adaptive Threshold = Mean of Maximum and Minimum Threshold   For each new call, check if it is 5G or Wi - Fi 6 Call:      New 5G call (within the time frame of   1 )        Is this a 5G VoIP Call?          If (Allocated 5G VoIP BW + min 5G VoIP BW) < (5G BW  -   Threshold)            Accept 5G VoIP Call            Update Allocated 5G VoIP BW          Else            Reject 5G VoIP Call        Is this a 5G Video Call?          If (Allocated 5G Video BW + min 5G Video BW) < 5G BW            Accept 5G Video Call            Update Allocated 5G Video BW   If (Allocated 5G Video BW + min 5G Video BW >= Adaptive Threshold) AND  (Allocated 5G VoIP BW <  Adaptive Threshold  -   min 5G VoIP BW) AND (Adaptive  Threshold < Maximum Threshold)                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   C omp   E ng     I S S N:   2088 - 8708         P e r for manc e   of  5G  and  W i - F i   c oe x is tenc e :   s pe c tr um  s har ing  bas e on     ( A s maa  He lmy   Z aid )   395                 Adaptive Threshold += min 5G Video BW          Else            Reject 5G Video Call      New Wi - Fi 6 call (within the time frame of   )        Is this a Wi - Fi 6 VoIP Call?          If (Allocated Wi - Fi 6 VoIP BW + min. Wi - Fi 6 VoIP BW) < (Wi - Fi 6 BW  -   Threshold)            Accept Wi - Fi 6 VoIP Call            Update Allocated Wi - Fi 6 VoIP BW          Else            Reject Wi - Fi 6 VoIP Call        Is this a Wi - Fi 6 Video Call?          If (Allocated Wi - Fi 6 Video BW + min Wi - Fi 6 Video BW) < Wi - Fi 6 BW            Accept Wi - Fi 6 Video Call            Update Allocated Wi - Fi 6 Video BW   If (Allocated Wi - Fi 6 Video BW + min Wi - Fi 6 Video BW >= Adaptive Threshold)  AND (Allocated Wi - Fi 6 VoIP BW < Adaptive Threshold  -   min Wi - Fi 6 VoIP BW) AND  (Adaptive Threshold < Maximum Threshold)                 Adaptive Threshold += min Wi - Fi 6 Video BW          Else            Reject Wi - Fi 6 Video Call   Go to the next new call       2. 5   S im u lat io n   s e t u p   T he   s im ulation  wa s   c onduc ted  us ing  M AT L AB   R 2022a .   Our   M AT L AB   s c r ipt   de f ines   a   W i - F a nd   5G  s ys tem  model  then   c a lcula tes   the  opti mu d uty  c yc le  us ing  the  nonli ne a r   opti mi z a ti on   f unc ti on  c a ll e d   fmincon   a nd  c a lcula tes   pe r f or manc e   metr ics   that   include   the  f oll owing  ke y   e leme nts :   a.   M I M c onf igur a ti on 4 × mu lt ipl e   input   mul ti ple   output   ( M I M O)   s ys tem  wa s   im pleme nted  to  s im ulate   the  s pa ti a diver s it a nd  incr e a s e da ta  th r oughput  typi c a of   5G   a nd  W i - F 6   c oe xis tenc e   ne twor ks .   b.   M odulation  s c he me 64  QA M   wa s   s e lec t e a s   the  modul a ti on  s c he me  f or   the  5G  a nd  256  QA M   f or   W i - F i   tr a ns mi tt e s ignal.   T his   c hoice   wa s   made   to  s im pli f the  pe r f or manc e   a na lys is ,   a lt hough  the   f r a me wor c a be   e xtende to  other   modul a ti on   s c he mes .   c.   C ha nne model the   wir e les s   c ha nne wa s   modele us ing  a   R a yleigh  f a ding   c ha nne l,   whic h   is   a ppr op r iate   f or   s c e na r ios   c omm only   e nc ounter e in   indoor   e n vir onments .   T he   c ha nne wa s   c on f igur e d   with   a n   S NR   r a nge   f r om   - 30  to  30   dB ,   a ll owing   f o r   a na lys is   a c r os s   va r ious   s ignal  qua li ty  c ondit ions .   F igur e   7   il lus tr a tes   a   pr oc e dur e   of   the  s im ulatio s e que nc e .   F igur e   8   s hows   a   s c r e e ns hot  of   the   M AT L AB   s im ulation  e nvir onment.   F ur ther mor e ,   F igur e s   4   to  s how  the  f low  c ha r f or   the  M AT L AB   s im ulations   pe r f or med  to   s im ulate   f ixed   a nd  a da pti ve   ba ndwidth  r e s e r va ti on  methods .   Additi ona l ly,   both   a lgor it hms   1   a nd  2   e xplain   in   de tail  the  logi c   be hi nd  the   s im ulation  f or   both   methods .   M AT L AB   s im ulation  e nvir onment  with  ke y   pa r a mete r s   is   il lus tr a ted   in  T a ble  1.           F igur e   7.   F low   c ha r t   o f   the  s im ulation   s e que nc e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.