Cross-Layer Resource Allocation Protocols for Multimedia CDMA Networks

The design of mechanisms to efficiently allow many users to maintain simultaneous communications while sharing the same transmission medium is a crucial step during a wireless network design. The resource allocation process needs to meet numerous requirements that are sometimes conflicting, such as high efficiency, network utilization and flexibility and good communication quality. Due to limited resources, wireless cellular networks are normally seen as having some limit on the network capacity, in terms of the maximum number of calls that may be supported. Being able to dynamically extend network operation beyond the set limit at the cost of a smooth and small increase in distortion is a valuable and useful idea because it provides the means to flexibly adjust the network to situations where it is more important to service a call rather than to guarantee the best quality. In this thesis we study designs for resource allocation in CDMA networks carrying conversational-type calls. The designs are based on a cross-layer approach where the source encoder, the channel encoder and, in some cases, the processing gains are adapted. The primary focus of the study is on optimally multiplexing multimedia sources. Therefore, we study optimal resource allocation to resolve interference-generated congestion for an arbitrary set of real-time variable-rate source encoders in a multimedia CDMA network. Importantly, we show that the problem could be viewed as the one of statistical multiplexing in source-adapted multimedia CDMA. We present analysis and optimal solutions for different system setups. The result is a flexible system that sets an efficient tradeoff between end-to-end distortion and number of users. Because in the presented cross-layer designs channel-induced errors are kept at a subjectively acceptable level, the proposed designs are able to outperform equivalent CDMA systems where capacity is increased in the traditional way, by allowing a reduction in SINR. An important application and part of this study, is the use of the proposed designs to extend operation of the CDMA network beyond a defined congestion operating point. Also, the general framework for statistical multiplexing in CDMA is used to study some issues in integrated real-time/data networks

Overlapped CDMA system in optical packet networks : resource allocation and performance evalutation

Dans cette thèse, la performance du système CDMA à chevauchement optique (OVCDMA) au niveau de la couche de contrôle d'accès au support (MAC) et l'allocation des ressources au niveau de la couche physique (PRY) sont étudiées. Notre but est d'apporter des améliorations pour des applications à débits multiples en répondant aux exigences de délai minimum tout en garantissant la qualité de service (QoS). Nous proposons de combiner les couches PRY et MAC par une nouvelle approche d'optimisation de performance qui consolide l'efficacité potentielle des réseaux optiques. Pour atteindre notre objectif, nous réalisons plusieurs étapes d'analyse. Tout d 'abord, nous suggérons le protocole S-ALOHA/OV-CDMA optique pour sa simplicité de contrôler les transmissions optiques au niveau de la couche liaison. Le débit du réseau, la latence de transmission et la stabilité du protocole sont ensuite évalués. L'évaluation prend en considération les caractéristiques physiques du système OY-CDMA, représentées par la probabilité de paquets bien reçus. Le système classique à traitement variable du gain (YPG) du CDMA, ciblé pour les applications à débits multiples, et le protocole MAC ±round-robin¿ récepteur/émetteur (R31), initialement proposé pour les réseaux par paquets en CDMA optique sont également pris en compte. L'objectif est d ' évaluer comparativement la performance du S-ALOHA/OY-CDMA en termes de l'immunité contre l'interférence d'accès lTIultiple (MAI) et les variations des charges du trafic. Les résultats montrent que les performances peuvent varier en ce qui concerne le choix du taux de transmission et la puissance de transmission optique au niveau de la couche PRY. Ainsi, nous proposons un schéma de répartition optimale des ressources pour allouer des taux de transmission à chevauchement optique et de puissance optique de transmission dans le système OY-CDMA comme des ressources devant être optimalement et équitablement réparties entre les utilisateurs qui sont regroupés dans des classes de différentes qualités de service. La condition d'optimalité est basée sur la maximisation de la capacité par utilisateur de la couche PHY. De ce fait, un choix optimal des ressources physiques est maintenant possible, mais il n'est pas équitable entre les classes. Par conséquent, pour améliorer la performance de la couche liaison tout en éliminant le problème d'absence d'équité, nous proposons comme une approche unifiée un schéma équitable et optimal pour l'allocation des ressources fondé sur la qualité de service pour des multiplexages temporels des réseaux par paquets en CDMA à chevauchement optique. Enfin, nous combinons cette dernière approche avec le protocole MAC dans un problème d'optimisation d'allocation équitable des ressources à contrainte de délai afin de mieux améliorer le débit du réseau et le délai au niveau de la couche liaison avec allocation équitable et optimale des ressources au niveau de la couche PHY