In this thesis, adaptive subchannel and bit allocation schemes, which minimize the overall transmission power under a rate constraint, are proposed for various orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) systems. First, for single-input-single-output (SISO)/OFDMA systems, an adaptive subcarrier and bit allocation scheme, which performs subcarrier allocation and bit loading separately, is developed. Specifically, based on the observation that the optimal approach tends to assign best subcarriers to a user, subcarrier allocation is performed. The bit loading, which follows the subcarrier allocation, can be performed in a manner similar to single-user OFDM. Computer simulation shows that the proposed suboptimal approach outperforms the existing ones. Second, an adaptive subchannel allocation and modulation scheme is developed for multiuser (MU)-multiple-input multiple-output (MIMO)/OFDMA systems through certain modifications of the approach for SISO/OFDMA systems. It is assumed that an MU-MIMO/OFDMA system employs singular value decomposition (SVD)-based SDMA and MIMO processors, which decompose an MU-MIMO channel into parallel single-user (SU)-MIMO channels consisting of SISO subchannels. Optimal and suboptimal procedures for allocating the SU-MIMO channels to users and loading bits to the SISO subchannels are proposed. It is shown that the optimization problem, which minimizes the overall transmission power under a rate constraint, is formulated as an integer programming (IP) problem. Then a suboptimal algorithm that separately performs subchannel allocation and bit loading is proposed. In particular, efficient algorithms are developed to solve the separate subchannel allocation problem based on modifying heuristic algorithms for transportation problems. Computer simulation results indicate that the performances of the suboptimal algorithms are reasonably close to that of the optimal IP, yet the former is considerably simpler to implement than the latter. Two special cases of an MU-MIMO/OFDMA system, i. e. MU-MISO/OFDMA and SU-MIMO/OFDMA systems, are also considered and compared with each other.
본 논문에서는 여러가지 형태의 OFDMA (orthogonal frequency division multiple access) 시스템을 위한 동적 부채널 및 비트 할당 방법을 제안하였다. 먼저 본 논문에서 다루는 문제는 하향 링크에서 사용자들의 데이터 레잇 요구 조건을 만족시키면서 전체 송신 전력을 최소화하도록 하는 MA (margin adaptive) 문제임을 밝혀 두는 바이다. 이 MA 문제는 정수 계획법 (integer programming) 으로 최적해를 구할 수 있으나 계산량이 커서 실제 시스템에 적용할 수 없다. 본 논문에서는, 첫째, 기지국 및 단말기가 각각 하나의 안테나를 사용하는 SISO (single-input-single-output) /OFDMA 시스템에 대하여 기존의 부최적 방법에 비해 계산량은 약간 증가하나 실시간 구현이 가능하고 성능이 개선된 방법을 개발하였다. 기존의 방법과 같이 부채널 및 비트 할당을 따로 따로 수행하는 방법이지만, 최적 방법이 채널 상태가 좋은 부채널들을 사용자들에게 할당하는 경향을 보임에 착안한 새로운 부채널 할당 알고리즘을 제안하고 이를 적용하므로써 성능을 개선하였다. 컴퓨터 모의 실험을 통하여 제안된 방법이 기존의 방법들에 비해 성능이 우수함을 보였다. 둘째, 앞서 제안한 SISO/OFDMA 시스템을 위한 부채널 및 비트 할당 방법을 변형하여 기지국 및 단말기에서 각각 다수의 안테나를 사용하는 다중 사용자 MIMO (multiple-input multiple-output) /OFDMA 시스템을 위한 부채널 및 비트 할당 방법을 개발하였다. 본 논문에서 다루는 시스템은 SVD (singular value decomposition) 기반의 SDMA (space division multiple access) and MIMO 프로세서를 채용한 시스템으로서, 다중 사용자 MIMO 채널은 SISO 부채널들로 구성된 다수의 단일 사용자 MIMO 채널로 병렬적으로 나누어진다. 단일 사용자 MIMO 채널들을 사용자들에게 할당하고 SISO 채널에 비트를 할당하는 최적 및 부최적 방법을 제안하였다. 구체적으로, MA 최적화 문제가 정수형 최적화 문제로 표현됨을 보였으며, 수송문제의 해를 구하는 직관적인 방법들을 이용한 부채널 할당 방법들을 제안하였다. 모의 실험을 통하여 제안된 부최적 방법들의 성능이 최적 방법의 성능과 가까움을 보였다.
