An efficient data transmission policy in an integrated voice-data ds-cdma network

CDMA schemes appear to be promising access techniques for coping with the requirements of third-generation mobile systems, mainly because of their flexibility. This paper proposes an adaptive S-ALOHA DS-CDMA access scheme as a method for integrating non-real time (i.e. Internet applications) and real-time (i.e. voice) services, by exploiting the potentials of CDMA under time-varying conditions. The adaptive component terminals autonomously change their transmission rate according to the total (voice+data) channel occupancy, so that the minimum possible data delay is almost always achieved.Peer ReviewedPostprint (published version

Final report on the evaluation of RRM/CRRM algorithms

Deliverable public del projecte EVERESTThis deliverable provides a definition and a complete evaluation of the RRM/CRRM algorithms selected in D11 and D15, and evolved and refined on an iterative process. The evaluation will be carried out by means of simulations using the simulators provided at D07, and D14.Preprin

Adaptive S-ALOHA CDMA as an alternative way of integrating services in mobile environments

Code-division multiple-access (CDMA) schemes appear to be very promising access techniques for coping with the requirements of third-generation mobile systems, mainly because of their flexibility. This paper proposes an adaptive S-ALOHA DS-CDMA access scheme as a method for integrating nonreal-time (i.e., Internet applications) and real-time (i.e., voice) services in a multicell scenario by exploiting the potentials of CDMA under time-varying channel load conditions. The adaptive component makes data terminals autonomously change their transmission rate according to the total (voice+data) channel occupancy, so that the minimum possible data delay, which can be analytically obtained by defining a birth-death process, is almost always achieved. Moreover, by means of a simplified cellular model, the proposed algorithm revealed the same behavior, i.e., it tries to select the most suitable transmission rate at any time slot, when it is affected by intercell interference and even by power control imperfections. Finally, in order to gain more insight into the potentials of such an access strategy, the adaptive S-ALOHA CDMA scheme is then compared to a reservation time-division multiple-access (TDMA)-based protocol (PRMA++), showing the benefits of the CDMA-based solution in terms of capacity, flexibility, and data delay performance.Peer Reviewe

On generalized optimal scheduling of high data-rate bursts in CDMA systems

In a code-division multiple access (CDMA)-based wireless communication system, forward link is power limited and reverse link is interference limited. With power control and statistical multiplexing, voice services can be supported reasonably well. However, for high data-rate services, a more comprehensive scheduling mechanism is needed in order to achieve a high capacity while satisfying the forward and reverse link constraints. In this paper, we formulate the high data-burst scheduling as a integer programming problem using a generic CDMA system model. We also suggest an optimal algorithm for generating scheduling solutions. With cdma2000 system details plugged in the proposed algorithm, it is found that our algorithm considerably outperforms several fast heuristics, including equal sharing, first-come-first-served, longest delay first, and shortest burst first.published_or_final_versio

CPLD-PGPS scheduler in wireless OFDM systems

In this paper, we propose a new scheduler for orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) wireless communication systems, called Channel-Condition and Packet-Length Dependent Packet Generalized Processor Sharing (CPLD-PGPS) scheduler. Based on PGPS, the CPLD scheduler considers both the physical channel condition and the length of packets, and optimally allocates the sub-carriers to different users. The total transmit power is adaptively allocated to each subcarrier. With this scheduler, the system can achieve better system BER performance, and correspondingly superior PER performance. The system throughput is improved, the required bandwidth is guaranteed, and long term fairness for all traffic in the system is provided. In order to reduce the complexity, a simplified algorithm is proposed, which maintains the system throughput as in the original scheduler, and guarantees the system performance with properly set system parameters. The superior performance of the proposed schedulers is demonstrated by simulation with multimedia traffic. © 2006 IEEE.published_or_final_versio

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

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