Low-complexity medium access control protocols for QoS support in third-generation radio access networks

One approach to maximizing the efficiency of medium access control (MAC) on the uplink in a future wideband code-division multiple-access (WCDMA)-based third-generation radio access network, and hence maximize spectral efficiency, is to employ a low-complexity distributed scheduling control approach. The maximization of spectral efficiency in third-generation radio access networks is complicated by the need to provide bandwidth-on-demand to diverse services characterized by diverse quality of service (QoS) requirements in an interference limited environment. However, the ability to exploit the full potential of resource allocation algorithms in third-generation radio access networks has been limited by the absence of a metric that captures the two-dimensional radio resource requirement, in terms of power and bandwidth, in the third-generation radio access network environment, where different users may have different signal-to-interference ratio requirements. This paper presents a novel resource metric as a solution to this fundamental problem. Also, a novel deadline-driven backoff procedure has been presented as the backoff scheme of the proposed distributed scheduling MAC protocols to enable the efficient support of services with QoS imposed delay constraints without the need for centralized scheduling. The main conclusion is that low-complexity distributed scheduling control strategies using overload avoidance/overload detection can be designed using the proposed resource metric to give near optimal performance and thus maintain a high spectral efficiency in third-generation radio access networks and that importantly overload detection is superior to overload avoidance

Contribution to resource management in cellular access networks with limited backhaul capacity

La interfaz radio de los sistemas de comunicaciones móviles es normalmente considerada como la única limitación de capacidad en la red de acceso radio. Sin embargo, a medida que se van desplegando nuevas y más eficientes interfaces radio, y de que el tráfico de datos y multimedia va en aumento, existe la creciente preocupación de que la infraestructura de transporte (backhaul) de la red celular pueda convertirse en el cuello de botella en algunos escenarios. En este contexto, la tesis se centra en el desarrollo de técnicas de gestión de recursos que consideran de manera conjunta la gestión de recursos en la interfaz radio y el backhaul. Esto conduce a un nuevo paradigma donde los recursos del backhaul se consideran no sólo en la etapa de dimensionamiento, sino que además son incluidos en la problemática de gestión de recursos. Sobre esta base, el primer objetivo de la tesis consiste en evaluar los requerimientos de capacidad en las redes de acceso radio que usan IP como tecnología de transporte, de acuerdo a las recientes tendencias de la arquitectura de red. En particular, se analiza el impacto que tiene una solución de transporte basada en IP sobre la capacidad de transporte necesaria para satisfacer los requisitos de calidad de servicio en la red de acceso. La evaluación se realiza en el contexto de la red de acceso radio de UMTS, donde se proporciona una caracterización detallada de la interfaz Iub. El análisis de requerimientos de capacidad se lleva a cabo para dos diferentes escenarios: canales dedicados y canales de alta velocidad. Posteriormente, con el objetivo de aprovechar totalmente los recursos disponibles en el acceso radio y el backhaul, esta tesis propone un marco de gestión conjunta de recursos donde la idea principal consiste en incorporar las métricas de la red de transporte dentro del problema de gestión de recursos. A fin de evaluar los beneficios del marco de gestión de recursos propuesto, esta tesis se centra en la evaluación del problema de asignación de base, como estrategia para distribuir el tráfico entre las estaciones base en función de los niveles de carga tanto en la interfaz radio como en el backhaul. Este problema se analiza inicialmente considerando una red de acceso radio genérica, mediante la definición de un modelo analítico basado en cadenas de Markov. Dicho modelo permite calcular la ganancia de capacidad que puede alcanzar la estrategia de asignación de base propuesta. Posteriormente, el análisis de la estrategia propuesta se extiende considerando tecnologías específicas de acceso radio. En particular, en el contexto de redes WCDMA se desarrolla un algoritmo de asignación de base basado en simulatedannealing cuyo objetivo es maximizar una función de utilidad que refleja el grado de satisfacción de las asignaciones respecto los recursos radio y transporte. Finalmente, esta tesis aborda el diseño y evaluación de un algoritmo de asignación de base para los futuros sistemas de banda ancha basados en OFDMA. En este caso, el problema de asignación de base se modela como un problema de optimización mediante el uso de un marco de funciones de utilidad y funciones de coste de recursos. El problema planteado, que considera que existen restricciones de recursos tanto en la interfaz radio como en el backhaul, es mapeado a un problema de optimización conocido como Multiple-Choice Multidimensional Knapsack Problem (MMKP). Posteriormente, se desarrolla un algoritmo de asignación de base heurístico, el cual es evaluado y comparado con esquemas de asignación basados exclusivamente en criterios radio. El algoritmo concebido se basa en el uso de los multiplicadores de Lagrange y está diseñado para aprovechar de manera simultánea el balanceo de carga en la intefaz radio y el backhaul.Postprint (published version

Analytical modeling of HSUPA-enabled UMTS networks for capacity planning

In recent years, mobile communication networks have experienced significant evolution. The 3G mobile communication system, UMTS, employs WCDMA as the air interface standard, which leads to quite different mobile network planning and dimensioning processes compared with 2G systems. The UMTS system capacity is limited by the received interference at NodeBs due to the unique features of WCDMA, which is denoted as `soft capacity'. Consequently, the key challenge in UMTS radio network planning has been shifted from channel allocation in the channelized 2G systems to blocking and outage probabilities computation under the `cell breathing' effects which are due to the relationship between network coverage and capacity. The interference characterization, especially for the other-cell interference, is one of the most important components in 3G mobile networks planning. This monograph firstly investigates the system behavior in the operation of UMTS uplink, and develops the analytic techniques to model interference and system load as fully-characterized random variables, which can be directly applicable to the performance modeling of such networks. When the analysis progresses from single-cell scenario to multi-cell scenario, as the target SIR oriented power control mechanism is employed for maximum capacity, more sophisticated system operation, `feedback behavior', has emerged, as the interference levels at different cells depend on each other. Such behaviors are also captured into the constructed interference model by iterative and approximation approaches. The models are then extended to cater for the features of the newly introduced HSUPA, which provides enhanced dedicated channels for the packet switched data services such that much higher bandwidth can be achieved for best-effort elastic traffic, which allows network operators to cope with the coexistence of both circuit-switched and packet-switched traffic and guarantee the QoS requirements. During the derivation, we consider various propagation models, traffic models, resource allocation schemes for many possible scenarios, each of which may lead to different analytical models. All the suggested models are validated with either Monte-Carlo simulations or discrete event simulations, where excellent matches between results are always achieved. Furthermore, this monograph studies the optimization-based resource allocation strategies in the UMTS uplink with integrated QoS/best-effort traffic. Optimization techniques, both linear-programming based and non-linear-programming based, are used to determine how much resource should be assigned to each enhanced uplink user in the multi-cell environment where each NodeB possesses full knowledge of the whole network. The system performance under such resource allocation schemes are analyzed and compared via Monte-Carlo simulations, which verifies that the proposed framework may serve as a good estimation and optimal reference to study how systems perform for network operators

Analytical modeling of HSUPA-enabled UMTS networks for capacity planning

In recent years, mobile communication networks have experienced significant evolution. The 3G mobile communication system, UMTS, employs WCDMA as the air interface standard, which leads to quite different mobile network planning and dimensioning processes compared with 2G systems. The UMTS system capacity is limited by the received interference at NodeBs due to the unique features of WCDMA, which is denoted as `soft capacity'. Consequently, the key challenge in UMTS radio network planning has been shifted from channel allocation in the channelized 2G systems to blocking and outage probabilities computation under the `cell breathing' effects which are due to the relationship between network coverage and capacity. The interference characterization, especially for the other-cell interference, is one of the most important components in 3G mobile networks planning. This monograph firstly investigates the system behavior in the operation of UMTS uplink, and develops the analytic techniques to model interference and system load as fully-characterized random variables, which can be directly applicable to the performance modeling of such networks. When the analysis progresses from single-cell scenario to multi-cell scenario, as the target SIR oriented power control mechanism is employed for maximum capacity, more sophisticated system operation, `feedback behavior', has emerged, as the interference levels at different cells depend on each other. Such behaviors are also captured into the constructed interference model by iterative and approximation approaches. The models are then extended to cater for the features of the newly introduced HSUPA, which provides enhanced dedicated channels for the packet switched data services such that much higher bandwidth can be achieved for best-effort elastic traffic, which allows network operators to cope with the coexistence of both circuit-switched and packet-switched traffic and guarantee the QoS requirements. During the derivation, we consider various propagation models, traffic models, resource allocation schemes for many possible scenarios, each of which may lead to different analytical models. All the suggested models are validated with either Monte-Carlo simulations or discrete event simulations, where excellent matches between results are always achieved. Furthermore, this monograph studies the optimization-based resource allocation strategies in the UMTS uplink with integrated QoS/best-effort traffic. Optimization techniques, both linear-programming based and non-linear-programming based, are used to determine how much resource should be assigned to each enhanced uplink user in the multi-cell environment where each NodeB possesses full knowledge of the whole network. The system performance under such resource allocation schemes are analyzed and compared via Monte-Carlo simulations, which verifies that the proposed framework may serve as a good estimation and optimal reference to study how systems perform for network operators

Multi-user interference mitigation under limited feedback requirements for WCDMA systems with base station cooperation

One of the techniques that has been recently identified for dealing with multi-user interference (MUI) in future communications systems is base station (BS) cooperation or joint processing. However, perfect MUI cancellation with this technique demands severe synchronization requirements, perfect and global channel state information (CSI), and an increased backhaul and signaling overhead. In this paper, we consider a more realistic layout with the aim of mitigating the MUI, where only local CSI is available at the BSs. Due to synchronization inaccuracies and errors in the channel estimation, the system becomes partially asynchronous. In the downlink of wideband code division multiple access based systems, this asynchronism stands for the loss of the orthogonality of the spreading codes allocated to users and thus, for an increase in the MUI level of the system. In this contribution, we propose a framework for mitigating the MUI which builds in three main steps: definition of a cooperation area based on the channel characteristics, statistical modeling of the average MUI power experienced by each user and a specific spreading code allocation scheme for users served with joint processing. This code allocation assigns spreading codes to users in such a way that minimum average cross-correlation between active users can be achieved. Interestingly, these steps can be performed with a limited amount of extra feedback from the user's side

Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics

La evolución experimentada por las comunicaciones móviles a lo largo de las últimas décadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones y necesidades por parte del usuario, así como los avances tecnológicos. Los servicios ofrecidos para términales móviles han evolucionado desde el clásico servicio de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios más atractivos y por lo tanto con una rápida aceptación por parte de usuario final como, video telephony, video streaming, online gaming, and the internet broadband access (MBAS). Todos estos nuevos servicios se han convertido en una realidad gracias a los avances técnologicos, avances tales como nuevas técnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiación y modulación de la información intercambiada, sistemas de transmisión y recepción basados en múltiples antenas (MIMO), etc. Un aspecto importante en esta evolución fue la liberación del sector a principios de los años 90, donde la función reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas tratados por la NRA espcífica de cada nación es la determinación de los costes por servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios móvilles, entre los que cabe destacar el coste por terminación de llamada o de inteconexión. El servicio de interconexión hace posible la comunicación de usuarios de diferente operadores, así como el acceso a la totalidad de servicios, incluso a aquellos no prestados por un operador en concreto gracias al uso de una red perteneciente a otro operador, por parte de todos los usuarios. El objetivo principal de esta tesis es la minimización de los costes de inversión en equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexión como se verá a lo largo de este trabajo. La consecución de dicho objetivo se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos para el dimesionado óptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de comunicaciones móvilles. En segundo lugar, el diseño y aplicación de algoritmos de optimización para la distribución óptima de los servicios sobre el conjunto de tecnologías móviles existentes (OSDP). El modulo de diseño de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados del dimensionado y planificación de la red de acceso móvil. Estos algoritmos se aplican en un entorno multi-tecnología, considerando sistemas de segunda (2G), tercera (3G) y cuarta (4G) generación, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles de usuarios con su respectiva carga de tráfico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha móvil. La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera óptima el conjunto de servicios sobre las tecnologías a desplegar. El objetivo de esta parte es hacer un uso eficiente de las tecnologías existentes reduciendo los costes de inversión en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnológicas existente entre los diferentes sistemas móviles, que hacen que los sistemas de segunda generación sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajería corta, mientras que redes de tercera generación muestran un mejor rendimiento en la transmisión de servicios de datos. Por último, el servicio de banda ancha móvil es nativo de redes de última generadón, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G. Ambos módulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el desarrollo de análisis tecno-económicos tales como el estudio del rendimiento de las tecnologías de HSPA y 4G para la prestación del servicio de banda ancha móvil, así como el análisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendrán lugar a partir del próximo año coinicidiendo con la licitación de las frecuencias en la banda de 800 MHz. Así mismo, se ha llevado a cabo un estudio sobre el despliegue de redes de 4G en las bandas de 800 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, comparando los costes de inversión obtenidos tras la optimización. En todos los casos se ha demostrado la mejora, en términos de costes de inversión, obtenida tras la aplicación de ambos módulos, posibilitando una reducción en la determinación de los costes de provisión de servicios. Los estudios realizados en esta tesis se centran en la nación de España, sin embargo todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro país europeo, prueba de ello es que los algoritmos de diseño de red han sido utilizados en diversos proyectos de regulación

Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics

La evolución experimentada por las comunicaciones móviles a lo largo de las últimas décadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones y necesidades por parte del usuario, así como los avances tecnológicos. Los servicios ofrecidos para términales móviles han evolucionado desde el clásico servicio de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios más atractivos y por lo tanto con una rápida aceptación por parte de usuario final como, video telephony, video streaming, online gaming, and the internet broadband access (MBAS). Todos estos nuevos servicios se han convertido en una realidad gracias a los avances técnologicos, avances tales como nuevas técnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiación y modulación de la información intercambiada, sistemas de transmisión y recepción basados en múltiples antenas (MIMO), etc. Un aspecto importante en esta evolución fue la liberación del sector a principios de los años 90, donde la función reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas tratados por la NRA espcífica de cada nación es la determinación de los costes por servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios móvilles, entre los que cabe destacar el coste por terminación de llamada o de inteconexión. El servicio de interconexión hace posible la comunicación de usuarios de diferente operadores, así como el acceso a la totalidad de servicios, incluso a aquellos no prestados por un operador en concreto gracias al uso de una red perteneciente a otro operador, por parte de todos los usuarios. El objetivo principal de esta tesis es la minimización de los costes de inversión en equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexión como se verá a lo largo de este trabajo. La consecución de dicho objetivo se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos para el dimesionado óptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de comunicaciones móvilles. En segundo lugar, el diseño y aplicación de algoritmos de optimización para la distribución óptima de los servicios sobre el conjunto de tecnologías móviles existentes (OSDP). El modulo de diseño de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados del dimensionado y planificación de la red de acceso móvil. Estos algoritmos se aplican en un entorno multi-tecnología, considerando sistemas de segunda (2G), tercera (3G) y cuarta (4G) generación, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles de usuarios con su respectiva carga de tráfico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha móvil. La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera óptima el conjunto de servicios sobre las tecnologías a desplegar. El objetivo de esta parte es hacer un uso eficiente de las tecnologías existentes reduciendo los costes de inversión en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnológicas existente entre los diferentes sistemas móviles, que hacen que los sistemas de segunda generación sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajería corta, mientras que redes de tercera generación muestran un mejor rendimiento en la transmisión de servicios de datos. Por último, el servicio de banda ancha móvil es nativo de redes de última generadón, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G. Ambos módulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el desarrollo de análisis tecno-económicos tales como el estudio del rendimiento de las tecnologías de HSPA y 4G para la prestación del servicio de banda ancha móvil, así como el análisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendrán lugar a partir del próximo año coinicidiendo con la licitación de las frecuencias en la banda de 800 MHz. Así mismo, se ha llevado a cabo un estudio sobre el despliegue de redes de 4G en las bandas de 800 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, comparando los costes de inversión obtenidos tras la optimización. En todos los casos se ha demostrado la mejora, en términos de costes de inversión, obtenida tras la aplicación de ambos módulos, posibilitando una reducción en la determinación de los costes de provisión de servicios. Los estudios realizados en esta tesis se centran en la nación de España, sin embargo todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro país europeo, prueba de ello es que los algoritmos de diseño de red han sido utilizados en diversos proyectos de regulación

Radio resource management for OFDMA systems under practical considerations.

Orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) is used on the downlink of broadband wireless access (BWA) networks such as Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) and Long Term Evolution (LTE) as it is able to offer substantial advantages such as combating channel impairments and supporting higher data rates. Also, by dynamically allocating subcarriers to users, frequency domain diversity as well as multiuser diversity can be effectively exploited so that performance can be greatly improved. The main focus of this thesis is on the development of practical resource allocation schemes for the OFDMA downlink. Imperfect Channel State Information (CSI), the limited capacity of the dedicated link used for CSI feedback, and the presence of a Connection Admission Control (CAC) unit are issues that are considered in this thesis to develop practical schemes. The design of efficient resource allocation schemes heavily depends on the CSI reported from the users to the transmitter. When the CSI is imperfect, a performance degradation is realized. It is therefore necessary to account for the imperfectness of the CSI when assigning radio resources to users. The first part of this thesis considers resource allocation strategies for OFDMA systems, where the transmitter only knows the statistical knowledge of the CSI (SCSI). The approach used shows that resources can be optimally allocated to achieve a performance that is comparable to that achieved when instantaneous CSI (ICSI) is available. The results presented show that the performance difference between the SCSI and ICSI based resource allocation schemes depends on the number of active users present in the cell, the Quality of Service (QoS) constraint, and the signal-to- noise ratio (SNR) per subcarrier. In practical systems only SCSI or CSI that is correlated to a certain extent with the true channel state can be used to perform resource allocation. An approach to quantifying the performance degradation for both cases is presented for the case where only a discrete number of modulation and coding levels are available for adaptive modulation and coding (AMC). Using the CSI estimates and the channel statistics, the approach can be used to perform resource allocation for both cases. It is shown that when a CAC unit is considered, CSI that is correlated with its present state leads to significantly higher values of the system throughput even under high user mobility. Motivated by the comparison between the correlated and statistical based resource allocation schemes, a strategy is then proposed which leads to a good tradeoff between overhead consumption and fairness as well as throughput when the presence of a CAC unit is considered. In OFDMA networks, the design of efficient CAC schemes also relies on the user CSI. The presence of a CAC unit needs to be considered when designing practical resource allocation schemes for BWA networks that support multiple service classes as it can guarantee fairness amongst them. In this thesis, a novel mechanism for CAC is developed which is based on the user channel gains and the cost of each service. This scheme divides the available bandwidth in accordance with a complete partitioning structure which allocates each service class an amount of non-overlapping bandwidth resource. In summary, the research results presented in this thesis contribute to the development of practical radio resource management schemes for BWA networks

Policy-Based Radio Resource Management in Multicast OFDMA Systems

Η ασύρματηφασματική αποδοτικότητα είναι ένας, όλο και περισσότερο, σημαντικός παράγοντας εξαιτίας της ταχείας ανάπτυξης των ασύρματων υπηρεσιών ευρείας ζώνης. Η σχεδίαση ενός συστήματος με πολλά φέροντα, όπως είναι ένα σύστημα OFDMA,επιτρέπει στα συστήματα να έχουν υψηλή χωρητικότητα για να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις των υπηρεσιών ευρείας ζώνης.Αυτή η αυξημένη χωρητικότητα των συστημάτων μπορεί να βελτιστοποιηθεί περαιτέρω εκμεταλλευόμενοι καλύτερα τα χαρακτηριστικά των ασύρματων καναλιών. Ηθεμελιώδηςιδέα ενός σχήματος κατανομής πόρων είναι η αποτελεσματική κατανομή των διαθέσιμων ασύρματων πόρων, όπως είναι οι υποφορείς και η ισχύς εκπομπής, μεταξύ των χρηστών του συστήματος. Σχετικά με τα προβλήματα της κατανομής πόρων σε ασύρματα συστήματα τηλεπικοινωνιών βασισμένα στην τεχνική OFDMA, η περισσότερη έρευνα επικεντρώνεται στην αναζήτηση πολιτικών ανάθεσης υποφορέων και ισχύος. Οι διαθέσιμες τεχνικές της βιβλιογραφίας δεν μπορούν να εφαρμοστούν όπως είναι σε συστήματα πολυεκπομπής. Επιπλέον, οι υπάρχουσες τεχνικές δεν μπορούν να εφαρμοστούν αμετάβλητες σε πραγματικά συστήματα στα οποία υπάρχει μεγάλος αριθμός OFDMυποφορέων, καθώς η υπολογιστική πολυπλοκότητα είναι πολύ μεγάλη. Ο βασικός στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η πρόταση ικανών μηχανισμών κατανομής των διαθέσιμων υποφορέων σε ασύρματα συστήματα πολυεκπομπής χρησιμοποιώντας την τεχνολογία OFDMA. Πιο συγκεκριμένα, σχετικά με τα συστήματα πολυεκπομπής, θεωρούμε ότι τόσο ο σταθμός βάσης όσο και κάθε χρήστης είναι εφοδιασμένοι με μοναδική κεραία και η μονάδα κατανομής δεν είναι ο υποφορέας, όπως στα συμβατικά συστήματα OFDMA, αλλά μία ομάδα γειτονικώνυποφορέων, η οποία ονομάζεται τεμάχιο, με σκοπό τη μείωση της μεγάλης υπολογιστικής πολυπλοκότητας. Ένας αποτελεσματικός αλγόριθμος προτείνεται του οποίου ο στόχος είναι η μεγιστοποίηση του συνολικού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων με περιορισμούς στη συνολική διαθέσιμη ισχύ, στο BERανά τεμάχιο και στους αναλογικούς περιορισμούς μεταξύ των ρυθμών μετάδοσης δεδομένων των ομάδων χρηστών. Η προσομοίωση και η ανάλυση της πολυπλοκότητας που παρουσιάζονται, υποστηρίζουν τα πλεονεκτήματα της κατανομής πόρων σε συστήματα πολυεκπομπήςOFDMA τα οποία βασίζονται σε κατανομή τεμαχίων και έχουν ως στόχος την εξασφάλιση της αναλογικότητας μεταξύ των ρυθμών μετάδοσης δεδομένων των ομάδων χρηστών.Wireless spectral efficiency is increasingly important due to the rapid growth of demand for high data rate wideband wireless services. The design of a multi-carrier system, such as an OFDMA system, enables high system capacity suited for these wideband wireless services. This system capacity can be further optimized with a resource allocation scheme by exploiting the characteristics of the wireless fading channels. The fundamental idea of a resource allocation scheme is to efficiently distribute the available wireless resources, such as the subcarriers and transmission power, among all admitted users in the system. Regarding the problems of resource allocation in OFDMA-based wireless communicationsystems, much of the research effort mainly focuses on finding efficient power controland subcarrier assignment policies. With systems employing multicast transmission,the available schemes in literature are not always applicable. Moreover, the existing approachesare particularly inaccessible in practical systems in which there are a large numberof OFDM subcarriers being utilized, as the required computational burden is prohibitivelyhigh. The ultimate goal of this Thesis is therefore to propose affordable mechanisms toflexibly and effectively share out the available resources in multicast wireless systems deployingOFDMA technology. Specifically, according to multicast system, it is assumed thatboth the BS and each user are equipped witha single antenna and the allocation unit is not the subcarrier,as in conventional OFDMA systems, but a set of contiguoussubcarriers, which is called chunk, in order to alleviate the heavy computational burden. An efficient algorithmis proposed whose aim is to maximize the total throughput subject to constraints on totalavailable power,BER over a chunk, and proportional data rates constraints among multicast groups. Simulation and complexity analysis are provided to support thebenefits of chunk-based resource allocation to multicast OFDMA systems with targeting proportional data rates among multicast groups