Mobile communication has become an integral part of our lives. Communicating with colleagues, friends or family members anywhere and anytime has become a matter of course. Many areas in the working environment have been revolutionized, e.g. in terms of increased efficiency and lowered reaction times. Highspeed wireless Internet access via WLANs has been supplemented by enhancements of cellular systems (e.g. GSM, UMTS), such as increased mobility and higher data rates (HSDPA, HSUPA). This technical advance enables a number of new services (e.g. location-aware and personalized data services). Terminal devices nowadays are used for much more than telephony: they are info terminal, organizer, key, offer payment functionalities and many more.
An important characteristic of a mobile radio network is the so-called spectral efficiency, which constitutes a substantial metric for the accruing costs per transmitted bit. The better the utilisiation of the available bandwidth is, the lower are the costs per bit (just think of the costs for UMTS licenses). Moreover, it is possible to transmit more data per time unit. The spectral efficiency is strongly depending on the design of the air interface, but also on the applied algorithms (power control, handover, scheduling, …). Whenever a single aspect is being improved, it has to be validated if the implementation also has a positive effect on the entire system. This has to be done in a very early development stage in order to keep the costs low. Because of that, computer simulations are used in order to quantify possible enhancements or to optimize the system, without actually affecting the real network.
In the course of this project a concept for a simulator tool has to be developed, which is capable of simulating entire mobile radio networks (dozens of cells, thousands of participants). The simulator should be flexible in such a way that it allows the evaluation of both new technologies (e.g. LTE, 4G) and existing systems (e.g. GSM, UMTS, HSDPA, WiMAX,…).
Mobilkommunikation ist heute ein integraler Bestandteil unseres Lebens. Jederzeit an jedem Ort mit Kollegen, Freunden oder Familie kommunizieren zu können wird als selbstverständlich angesehen. Viele Bereiche der Arbeitswelt sind dadurch geradezu revolutioniert worden, die Effizienz ist in vielen Bereichen gesteigert worden, Reaktionszeiten konnten reduziert werden usw. Drahtloser, schneller Zugang zum Internet via WLANs wurde ergänzt durch Erweiterungen der zellularen Systeme (GSM/UMTS) hinsichtlich Mobilität und Datenrate (HSDPA/HSUPA). Diese erweiterten technischen Möglichkeiten der Netze erlauben eine Vielzahl von neuen Services (z.B. ortsabhängige, personalisierte Datendienste). Die Endgeräte leisten inzwischen wesentlich mehr als nur Sprachtelefonie; sie sind Infoterminal, Organiser, „Schlüssel“, bieten Bezahlfunktionalität und vieles mehr.
Ein sehr wichtiger Parameter für ein Mobilfunknetz ist die so genannte spektrale Effizienz, die ein wesentliches Maß für die Kosten pro übertragenes Bit darstellt. Je besser die Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Bandbreite, desto geringer die Kosten pro übertragenem Bit (man bedenke nur die Kosten für die UMTS Lizenzen). Darüber hinaus ist es möglich, mehr Daten pro Zeiteinheit zu übertragen. Bestimmt wird die spektrale Effizienz in hohem Maß vom Design der Luftschnittstelle; aber auch von den eingesetzten Algorithmen (Leistungsregelung, Handover, Scheduling,…). Für jeden Verbesserungsansatz von Teilaspekten muss überprüft werden, ob seine Implementierung im Gesamtnetz einen entsprechenden Vorteil bringt. Dies muss bereits in einer sehr frühen Phase der Entwicklung passieren, um die Kosten überschaubar halten zu können. Aus diesem Grund werden Computersimulationen durchgeführt, um mögliche Verbesserungen quantifizieren zu können bzw. Optimierungen vornehmen zu können, ohne Eingriffe im realen Netz durchführen zu müssen.
Im Rahmen dieses Projekts soll ein Konzept eines Simulators entwickelt werden, der ganze Mobilfunknetze (duzende Zellen, tausende Teilnehmer) simulieren kann. Der Simulator soll in einer Weise flexibel sein, dass sowohl neuartige Systeme (LTE, 4G) untersucht werden können, als auch Untersuchungen für bereits existierende Systeme (GSM/UMTS/HSDPA, Wimax,…) durchgeführt werden können. Dies ist einerseits deshalb wichtig, da man sonst keine sinnvollen Vergleiche zwischen den Systemen vornehmen kann und andererseits deshalb, da manche Erweiterungen in allen Systemen Verwendung finden können (z.B. MIMO).