Energy-Efficient Power Control for Contention-Based Synchronization in OFDMA Systems with Discrete Powers and Limited Feedback

This work derives a distributed and iterative algorithm by which mobile terminals can selfishly control their transmit powers during the synchronization procedure specified by the IEEE 802.16m and the 3GPP-LTE standards for orthogonal frequency-division multiple-access technologies. The proposed solution aims at maximizing the energy efficiency of the network and is derived on the basis of a finite noncooperative game in which the players have discrete action sets of transmit powers. The set of Nash equilibria of the game is investigated, and a distributed power control algorithm is proposed to achieve synchronization in an energy-efficient manner under the assumption that the feedback from the base station is limited. Numerical results show that the proposed solution improves the energy efficiency as well as the timing estimation accuracy of the network compared to existing alternatives, while requiring a reasonable amount of information to be exchanged on the return channel

Low Dimensional MIMO Systems with Finite Sized Constellation Inputs

Non

Future Trends and Challenges for Mobile and Convergent Networks

Some traffic characteristics like real-time, location-based, and community-inspired, as well as the exponential increase on the data traffic in mobile networks, are challenging the academia and standardization communities to manage these networks in completely novel and intelligent ways, otherwise, current network infrastructures can not offer a connection service with an acceptable quality for both emergent traffic demand and application requisites. In this way, a very relevant research problem that needs to be addressed is how a heterogeneous wireless access infrastructure should be controlled to offer a network access with a proper level of quality for diverse flows ending at multi-mode devices in mobile scenarios. The current chapter reviews recent research and standardization work developed under the most used wireless access technologies and mobile access proposals. It comprehensively outlines the impact on the deployment of those technologies in future networking environments, not only on the network performance but also in how the most important requirements of several relevant players, such as, content providers, network operators, and users/terminals can be addressed. Finally, the chapter concludes referring the most notable aspects in how the environment of future networks are expected to evolve like technology convergence, service convergence, terminal convergence, market convergence, environmental awareness, energy-efficiency, self-organized and intelligent infrastructure, as well as the most important functional requisites to be addressed through that infrastructure such as flow mobility, data offloading, load balancing and vertical multihoming.Comment: In book 4G & Beyond: The Convergence of Networks, Devices and Services, Nova Science Publishers, 201

4G Technology Features and Evolution towards IMT-Advanced

Kiinteiden- ja mobiilipalveluiden kysyntä kasvaa nopeasti ympäri maailmaa. Älykkäiden päätelaitteiden, kuten iPhone:n ja Nokia N900:n markkinoilletulo yhdistettynä näiden korkeaan markkinapenetraatioon ja korkealuokkaiseen käyttäjäkokemukseen lisäävät entisestään palveluiden kysyntää ja luovat tarpeen jatkuvalle innovoinnille langattomien teknologioiden alalla tavoitteena lisäkapasiteetin ja paremman palvelunlaadun tarjoaminen. Termi 4G (4th Generation) viittaa tuleviin neljännen sukupolven mobiileihin langattomiin palveluihin, jotka International Telecommunications Union:in Radiocommunication Sector (ITU-R) on määritellyt ja nimennyt International Mobile Telecommunications-Advanced (IMT-Advanced). Nämä ovat järjestelmiä, jotka pitävät sisällään IMT:n ne uudet ominaisuudet, jotka ylittävät IMT-2000:n vaatimukset. Long Term Evolution-Advanced (LTE-Advanced) ja IEEE 802.16m ovat IMT-A sertifiointiin lähetetyt kaksi pääasiallista kandidaattiteknologiaa. Tässä diplomityössä esitellään kolmannen sukupolven järjestelmien kehityspolku LTE:hen ja IEEE 802.16e-2005 asti. Lisäksi työssä esitetään LTE-Advanced:n ja IEEE 802.16m:n uudet vaatimukset ja ominaisuudet sekä vertaillaan näiden lähestymistapoja IMT-A vaatimusten täyttämiseksi. Lopuksi työssä luodaan katsaus LTE ja IEEE 802.16e-2005 (markkinointinimeltään Mobile WiMAX) -järjestelmien markkinatilanteeseen.The demand for affordable bandwidth in fixed and mobile services is growing rapidly around the world. The emergence of smart devices like the iPhone and Nokia N900, coupled with their high market penetration and superior user experience is behind this increased demand, inevitably driving the need for continued innovations in the wireless data technologies industry to provide more capacity and higher quality of service. The term "4G" meaning the 4th Generation of wireless technology describes mobile wireless services which have been defined by the ITU's Radiocommunication Sector (ITU-R) and titled International Mobile Telecommunications-Advanced (IMT-Advanced). These are mobile systems that include the new capabilities of IMT that go beyond those of IMT-2000. Long Term Evolution-Advanced (LTE-Advanced) and IEEE 802.16m are the two main candidate technologies submitted for IMT-Advanced certification. This thesis reviews the technology roadmap up to and including current 3G systems LTE from the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) and IEEE 802.16e-2005 from the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Furthermore, new requirements and features for LTE-Advanced and IEEE 802.16m as well as a comparative approach towards IMT-Advanced certification are presented. Finally, the thesis concludes with a discussion on the market status and deployment strategies of LTE and IEEE 802.16e-2005, or Mobile WiMAX as it is being marketed

WiMax - a critical view of the technology and its economics

University of the Witwatersrand Faculty of Engineering and the Built Environment School of Information and Electrical EngineeringMobile Broadband is now more of a necessity than a luxury, especially amongst the younger generation, irrespective of where they live. Mobile WiMax and LTE, the latest and fastest Mobile Broadband technologies, mark significant improvements over 3G networks because they use IP (Internet Protocol) end-to-end. To end-users, this means faster network speeds, better quality services, and increased coverage area. To the Network Operators, this means simplified network architectures, efficient use of resources, and improved security. In this report, the different issues and challenges related to deploying Mobile WiMax (802.16e or 802.16m) in rural South Africa, were identifed and explored. In this project, Atoll, SONAR, and Touch Point analysis tools were used to determine which Mobile Broadband technology is economically and technically suited for rural South Africa. It was found that LTE yields superior performance results than WiMax, which in turn yields superior performance results to all other existing 3G technologies. However it will take time for LTE to reach rural areas therefore WiMax can be considered as a solution to extend Broadband services to rural South Africa and thus assist in bridging the digital divide. Recommendations on how best to deploy Mobile WiMax are made based on observations made from the experimental work.MT201

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