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

Μεταφορά και Διαχείριση Ευρυζωνικής Κίνησης σε Ασύρματα Τηλεπικοινωνιακά Δίκτυα

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η μελέτη των τεχνικών διαχείρισης πόρων σε ασύρματα ευρυζωνικά δίκτυα επικοινωνιών με στόχο την βελτιστοποίηση της φασματικής απόδοσης καθώς και η μελέτη εναλλακτικών τεχνολογιών μεταφοράς ασύρματης ευρυζωνικής κίνησης. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη επισκόπηση των ευρυζωνικών δικτύων ασύρματης πρόσβασης καθώς και των χαρακτηριστικών τους. Στη συνέχεια αναφέρονται συνοπτικά τα σημαντικότερα θέματα που αφορούν τις τεχνικές της διαχείρισης πόρων σε τέτοιου είδους δίκτυα. Τέλος παρουσιάζονται οι επικρατέστερες εναλλακτικές τεχνολογίες που έχουν προταθεί για την μεταφορά ασύρματης ευρυζωνικής κίνησης. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται το μοντέλου ενός τυπικού ασύρματου ευρυζωνικού δικτύου και γίνεται μια εκτενής ανασκόπηση των επικρατέστερων τεχνικών διαχείρισης πόρων που έχουν προταθεί στην διεθνή βιβλιογραφία. Στη συνέχεια παρουσιάζονται αναλυτικά οι προτεινόμενες τεχνικές διαχείρισης πόρων καθώς και τα συγκριτικά αποτελέσματα της προσομοίωσης των μεθόδων αυτών σε σχέση με την αποδοτικότερη από τις υπάρχουσες τεχνικές. Τέλος συνοψίζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή των προταθέντων τεχνικών. Στο τρίτο κεφάλαιο αρχικά παρουσιάζεται αναλυτικά το μοντέλο ενός συστήματος μεταφοράς ασύρματης ευρυζωνικής κίνησης μέσω επίγειας ασύρματης οπτικής ζεύξης. Στη συνέχεια μελετάται και αξιολογείται η απόδοση του εν λόγω συστήματος, χρησιμοποιώντας ως μετρικές την μέση πιθανότητα διακοπής καθώς και τη μέση πιθανότητα σφάλματος οι οποίες υπολογίζονται σε κλειστή μορφή. Τέλος παρουσιάζονται τα αριθμητικά αποτελέσματα της προσομοίωσης και παρατίθενται τα σχετικά συμπεράσματα. Στα πλαίσια του τέταρτου κεφαλαίου γίνεται η παρουσίαση της προτεινόμενης αρχιτεκτονικής ενός πολύ-αλματικού δικτύου εναέριων πλατφορμών μεγάλου ύψους οι οποίες διασυνδέονται με ασύρματη οπτική ζεύξη, με σκοπό την μεταφορά ασύρματης ευρυζωνικής κίνησης σε μεγάλες αποστάσεις. Εξετάζεται τόσο το σενάριο τους ενός όσο και το σενάριο των πολλών αλμάτων, και μελετάται η απόδοση ενός τέτοιου συστήματος όσον αφορά την μέση πιθανότητα διακοπής στον τελικό χρήστη. Στο τέλος του κεφαλαίου παρατίθενται τα αριθμητικά αποτελέσματα της προσομοίωσης καθώς και τα σχετικά συμπεράσματα. Τέλος, στο κεφάλαιο 5 συνοψίζονται τα σημαντικότερα συμπεράσματα που προέκυψαν από την παρούσα διατριβή και γίνονται υποδείξεις για περαιτέρω έρευνα.The present thesis aims to study resource allocation techniques in fixed broadband wireless networks in order to optimize their spectral efficiency as well as to investigate alternative broadband transfer methods. The first chapter gives a brief overview of broadband wireless access networks with their characteristics. The fundamental resource management techniques proposed in the open technical literature are also referred. Finally, the prevailing broadband transfer technologies are presented. The second chapter describes a typical wireless broadband network model and provides a comprehensive review of the key resource management techniques proposed in the literature. Then, the proposed resource management techniques are presented and compared using proper simulation results. Finally, conclusions are summarized. In the third chapter, the analytical model of a wireless broadband traffic model over a terrestrial wireless optical link is analyzed. Its performance is extracted using analytical expressions of the average outage probability and the average error probability metrics. Appropriate simulation results are depicted as well. In the fourth chapter, a network architecture comprising of several high amplitude platforms communicating with each other using optical links, is introduced in order to transfer broadband traffic over long distances. The outage probability performance is examined using either one-hop or multi-hop scenarios and suitable numerical results are provided. Finally, in chapter 5, concluding remarks are summarized and suggestions for further research are indicated