A survey of self organisation in future cellular networks

This article surveys the literature over the period of the last decade on the emerging field of self organisation as applied to wireless cellular communication networks. Self organisation has been extensively studied and applied in adhoc networks, wireless sensor networks and autonomic computer networks; however in the context of wireless cellular networks, this is the first attempt to put in perspective the various efforts in form of a tutorial/survey. We provide a comprehensive survey of the existing literature, projects and standards in self organising cellular networks. Additionally, we also aim to present a clear understanding of this active research area, identifying a clear taxonomy and guidelines for design of self organising mechanisms. We compare strength and weakness of existing solutions and highlight the key research areas for further development. This paper serves as a guide and a starting point for anyone willing to delve into research on self organisation in wireless cellular communication networks

System modeling and performance evaluation of rate allocation schemes for packet data services in wideband CDMA systems

To fully exploit the potential of a wideband CDMA-based mobile Internet computing system, an efficient algorithm is needed for judiciously performing rate allocation, so as to orchestrate and allocate bandwidth for voice services and high data rate applications. However, in existing standards (e.g., cdma2000), only a first-come-first-served equal sharing allocation algorithm is used, potentially leading to a low bandwidth utilization and inadequate support of high data rate multimedia mobile applications (e.g., video/audio files swapping, multimedia messaging services, etc.). In this paper, we first analytically model the rate allocation problem that captures realistic system constraints such as downlink power limits and control, uplink Interference effects, physical channel adaptation, and soft handoff. We then suggest six efficient rate allocation schemes that are designed based on different philosophies: rate optimal, fairness-based, and user-oriented. Simulations are performed to evaluate the effectiveness of the rate allocation schemes using realistic system parameters In our model.published_or_final_versio

Spectrum Trading: An Abstracted Bibliography

This document contains a bibliographic list of major papers on spectrum trading and their abstracts. The aim of the list is to offer researchers entering this field a fast panorama of the current literature. The list is continually updated on the webpage \url{http://www.disp.uniroma2.it/users/naldi/Ricspt.html}. Omissions and papers suggested for inclusion may be pointed out to the authors through e-mail (\textit{[email protected]})

Adaptive Communications for Next Generation Broadband Wireless Access Systems

Un dels aspectes claus en el disseny i gestió de les xarxes sense fils d'accés de banda ampla és l'ús eficient dels recursos radio. Des del punt de vista de l'operador, l'ample de banda és un bé escàs i preuat que s´ha d'explotar i gestionar de la forma més eficient possible tot garantint la qualitat del servei que es vol proporcionar. Per altra banda, des del punt de vista del usuari, la qualitat del servei ofert ha de ser comparable al de les xarxes fixes, requerint així un baix retard i una baixa pèrdua de paquets per cadascun dels fluxos de dades entre la xarxa i l'usuari. Durant els darrers anys s´han desenvolupat nombroses tècniques i algoritmes amb l'objectiu d'incrementar l'eficiència espectral. Entre aquestes tècniques destaca l'ús de múltiples antenes al transmissor i al receptor amb l'objectiu de transmetre diferents fluxos de dades simultaneament sense necessitat d'augmentar l'ample de banda. Per altra banda, la optimizació conjunta de la capa d'accés al medi i la capa física (fent ús de l'estat del canal per tal de gestionar de manera optima els recursos) també permet incrementar sensiblement l'eficiència espectral del sistema.L'objectiu d'aquesta tesi és l'estudi i desenvolupament de noves tècniques d'adaptació de l'enllaç i gestió dels recursos ràdio aplicades sobre sistemes d'accés ràdio de propera generació (Beyond 3G). Els estudis realitzats parteixen de la premissa que el transmisor coneix (parcialment) l'estat del canal i que la transmissió es realitza fent servir un esquema multiportadora amb múltiples antenes al transmisor i al receptor. En aquesta tesi es presenten dues línies d'investigació, la primera per casos d'una sola antenna a cada banda de l'enllaç, i la segona en cas de múltiples antenes. En el cas d'una sola antena al transmissor i al receptor, un nou esquema d'assignació de recursos ràdio i priorització dels paquets (scheduling) és proposat i analitzat integrant totes dues funcions sobre una mateixa entitat (cross-layer). L'esquema proposat té com a principal característica la seva baixa complexitat i que permet operar amb transmissions multimedia. Alhora, posteriors millores realitzades per l'autor sobre l'esquema proposat han permès també reduir els requeriments de senyalització i combinar de forma óptima usuaris d'alta i baixa mobilitat sobre el mateix accés ràdio, millorant encara més l'eficiència espectral del sistema. En cas d'enllaços amb múltiples antenes es proposa un nou esquema que combina la selecció del conjunt optim d'antenes transmissores amb la selecció de la codificació espai- (frequència-) temps. Finalment es donen una sèrie de recomanacions per tal de combinar totes dues línies d'investigació, així con un estat de l'art de les tècniques proposades per altres autors que combinen en part la gestió dels recursos ràdio i els esquemes de transmissió amb múltiples antenes.Uno de los aspectos claves en el diseño y gestión de las redes inalámbricas de banda ancha es el uso eficiente de los recursos radio. Desde el punto de vista del operador, el ancho de banda es un bien escaso y valioso que se debe explotar y gestionar de la forma más eficiente posible sin afectar a la calidad del servicio ofrecido. Por otro lado, desde el punto de vista del usuario, la calidad del servicio ha de ser comparable al ofrecido por las redes fijas, requiriendo así un bajo retardo y una baja tasa de perdida de paquetes para cada uno de los flujos de datos entre la red y el usuario. Durante los últimos años el número de técnicas y algoritmos que tratan de incrementar la eficiencia espectral en dichas redes es bastante amplio. Entre estas técnicas destaca el uso de múltiples antenas en el transmisor y en el receptor con el objetivo de poder transmitir simultáneamente diferentes flujos de datos sin necesidad de incrementar el ancho de banda. Por otro lado, la optimización conjunta de la capa de acceso al medio y la capa física (utilizando información de estado del canal para gestionar de manera óptima los recursos) también permite incrementar sensiblemente la eficiencia espectral del sistema.El objetivo de esta tesis es el estudio y desarrollo de nuevas técnicas de adaptación del enlace y la gestión de los recursos radio, y su posterior aplicación sobre los sistemas de acceso radio de próxima generación (Beyond 3G). Los estudios realizados parten de la premisa de que el transmisor conoce (parcialmente) el estado del canal a la vez que se considera que la transmisión se realiza sobre un sistema de transmisión multiportadora con múltiple antenas en el transmisor y el receptor. La tesis se centra sobre dos líneas de investigación, la primera para casos de una única antena en cada lado del enlace, y la segunda en caso de múltiples antenas en cada lado. Para el caso de una única antena en el transmisor y en el receptor, se ha desarrollado un nuevo esquema de asignación de los recursos radio así como de priorización de los paquetes de datos (scheduling) integrando ambas funciones sobre una misma entidad (cross-layer). El esquema propuesto tiene como principal característica su bajo coste computacional a la vez que se puede aplicar en caso de transmisiones multimedia. Posteriores mejoras realizadas por el autor sobre el esquema propuesto han permitido también reducir los requisitos de señalización así como combinar de forma óptima usuarios de alta y baja movilidad. Por otro lado, en caso de enlaces con múltiples antenas en transmisión y recepción, se presenta un nuevo esquema de adaptación en el cual se combina la selección de la(s) antena(s) transmisora(s) con la selección del esquema de codificación espacio-(frecuencia-) tiempo. Para finalizar, se dan una serie de recomendaciones con el objetivo de combinar ambas líneas de investigación, así como un estado del arte de las técnicas propuestas por otros autores que combinan en parte la gestión de los recursos radio y los esquemas de transmisión con múltiples antenas.In Broadband Wireless Access systems the efficient use of the resources is crucial from many points of views. From the operator point of view, the bandwidth is a scarce, valuable, and expensive resource which must be exploited in an efficient manner while the Quality of Service (QoS) provided to the users is guaranteed. On the other hand, a tight delay and link quality constraints are imposed on each data flow hence the user experiences the same quality as in fixed networks. During the last few years many techniques have been developed in order to increase the spectral efficiency and the throughput. Among them, the use of multiple antennas at the transmitter and the receiver (exploiting spatial multiplexing) with the joint optimization of the medium access control layer and the physical layer parameters.In this Ph.D. thesis, different adaptive techniques for B3G multicarrier wireless systems are developed and proposed focusing on the SS-MC-MA and the OFDM(A) (IEEE 802.16a/e/m standards) communication schemes. The research lines emphasize into the adaptation of the transmission having (Partial) knowledge of the Channel State Information for both; single antenna and multiple antenna links. For single antenna links, the implementation of a joint resource allocation and scheduling strategy by including adaptive modulation and coding is investigated. A low complexity resource allocation and scheduling algorithm is proposed with the objective to cope with real- and/or non-real- time requirements and constraints. A special attention is also devoted in reducing the required signalling. However, for multiple antenna links, the performance of a proposed adaptive transmit antenna selection scheme jointly with space-time block coding selection is investigated and compared with conventional structures. In this research line, mainly two optimizations criteria are proposed for spatial link adaptation, one based on the minimum error rate for fixed throughput, and the second focused on the maximisation of the rate for fixed error rate. Finally, some indications are given on how to include the spatial adaptation into the investigated and proposed resource allocation and scheduling process developed for single antenna transmission

GAME THEORETIC APPROACH TO RADIO RESOURCE MANAGEMENT ON THE REVERSE LINK FOR MULTI-RATE CDMA WIRELESS DATA NETWORKS

This work deals with efficient power and rate assignment to mobile stations (MSs) involved in bursty data transmission in cellular CDMA networks. Power control in the current CDMA standards is based on a fixed target signal quality called signal to interference ratio (SIR). The target SIR represents a predefined frame error rate (FER). This approach is inefficient for data-MSs because a fixed target SIR can limit the MS's throughput. Power control should thus provide dynamic target SIRs instead of a fixed target SIR. In the research literature, the power control problem has been modeled using game theory. A limitation of the current literature is that in order to implement the algorithms, each MS needs to know information such as path gains and transmission rates of all other MSs. Fast rate control schemes in the evolving cellular data systems such as cdma2000-1x-EV assign transmission rates to MSs using a probabilistic approach. The limitation here is that the radio resources can be either under or over-utilized. Further, all MSs are not assigned the same rates. In the schemes proposed in the literature, only few MSs, which have the best channel conditions, obtain all radio resources. In this dissertation, we address the power control issue by moving the computation of the Nash equilibrium from each MS to the base station (BS). We also propose equal radio resource allocation for all MSs under the constraint that only the maximum allowable radio resources are used in a cell. This dissertation addresses the problem of how to efficiently assign power and rate to MSs based on dynamic target SIRs for bursty transmissions. The proposed schemes in this work maximize the throughput of each data-MS while still providing equal allocation of radio resources to all MSs and achieving full radio resource utilization in each cell. The proposed schemes result in power and rate control algorithms that however require some assistance from the BS. The performance evaluation and comparisons with cdma2000-1x-Evolution Data Only (1x-EV-DO) show that the proposed schemes can provide better effective rates (rates after error) than the existing schemes

The Game Theory: Applications in the Wireless Networks

Recent years have witnessed a lot of applications in the computer science, especially in the area of the wireless networks. The applications can be divided into the following two main categories: applications in the network performance and those in the energy efficiency. The game theory is widely used to regulate the behavior of the users; therefore, the cooperation among the nodes can be achieved and the network performance can be improved when the game theory is utilized. On the other hand, the game theory is also adopted to control the media access control protocol or routing protocol; therefore, the energy exhaust owing to the data collision and long route can be reduced and the energy efficiency can be improved greatly. In this chapter, the applications in the network performance and the energy efficiency are reviewed. The state of the art in the applications of the game theory in wireless networks is pointed out. Finally, the future research direction of the game theory in the energy harvesting wireless sensor network is presented