Recently, the focus of the communication technology is moving forward to beyond 3rd generation or 4G. 4G has many requirements and challenges: high data rate, handoff, quality of service, low cost, traffic asymmetry and so on. Among these, the noticeable requirement is very high data rate over the wireless channel environment. To satisfy this requirement, 4G is expected to use broadband, which may be vulnerable in a wireless environment. Among various multiple access technologies, orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) is regarded as a good candidate technology due to the robustness against multi-path environment. Another important feature of 4G is heterogeneous quality of services (QoSs). The feature makes wireless communication system more complex. Thus, the existing schemes which consider homogeneous services are easily failed to achieve good system performance for resource allocation. To overcome such performance degradation, in this thesis, we deal with resource allocation considering heterogeneous QoS in OFDMA systems.
In Chapter 2, we are interested in new duplex scheme to support various duplex services in OFDMA systems. Duplex scheme represents how to support DL and UL. There exist two traditional duplex schemes: frequency division duplex (FDD) and time division duplex (TDD). However, the duplex schemes are not proper for OFDMA systems, since they cannot support the flexibility of OFDMA system fully. To overcome this limitation and enhance the efficiency and flexibility of the OFDMA system, dynamic hybrid duplex (DHD) is proposed in this chapter. It is a kind of cross-layer approach that considers the user’s traffic, channel status and physical layer information to obtain the optimized duplexing.
The OFDMA system with multiple service classes is considered in the next chapter. Each service class has a priority so that the prioritization between service classes can be reflected. In order to obtain good system performance and support the prioritization simultaneously, the guard channel based prioritization is considered in our thesis. For that, both reserved bandwidth and shared bandwidth are provided for each class. The bandwidths have a role to restrict the number of assigned subcarriers for each service class. A generalized framework is suggested for the class-based QoS and formulated as binary integer formulation (BIP). For real-time implementation, an efficient heuristic is also proposed.
무선 통신 기술이 비약적으로 발전함에 따라 보다 더 미래의 시스템에 대한 많은 관심이 조명되고 있으며, 이러한 일환으로 최근 4세대 통신 시스템에 대한 많은 연구들이 진행되고 있다. 현재 4세대 통신 시스템에서 요구되고 있는 많은 요건들이 논의되고 있으며, 이 중 핵심 사항으로는 고속의 데이터 전송이 가능해야 한다는 점을 들 수 있다. 무선 환경에서 이러한 요건을 만족시키기 위해서는 광대역을 사용해야 하며, 이러한 경우 기존의 시스템에서는 나타나지 않았던 여러 가지 문제점들이 발생하게 된다. 최근 이러한 광대역 환경에서 강건성을 보이는 직교 주파수 분할 다중 접속 방식이 4세대 통신으로서의 핵심 기술로서 대두되고 있고, 이에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 4세대 통신 시스템에서의 또 다른 핵심 요건은 다양한 품질의 서비스를 제공할 수 있어야 한다는 점이다. 이러한 다양한 품질의 서비스가 존재하는 경우, 이로 인한 자원 사용의 효율성이 크게 떨어질 수 있게 된다. 이러한 단점을 보완하기 위해서는, 다양한 품질의 서비스를 효율적으로 처리할 수 있는 자원 할당이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 앞으로 다가올 4세대 통신을 위한 연구로서, 직교 주파수 분할 접속 방식에서의 비균일 품질의 서비스가 고려된 자원 할당에 대해 논하고자 한다.
이를 위해 본 논문의 2장에서는 직교 주파수 분할 접속 방식에서 다양한 양방향 서비스를 제공할 수 있는 새로운 방식의 양방향 통신 방식을 제안한다. 기존의 양방향 통신 방식으로는 주파수 분할 방식과 시분할 방식이 있다. 그러나 이 두 방식은 자원 할당 면에서 효율성이 크게 떨어지기 때문에 직교 주파수 분할 접속 방식 시스템에는 적합하지 않다. 따라서 본 논문에서는 이러한 단점을 보완할 수 있는 동적 양방향 통신 방식을 제안한다. 이 방식에서는 주어진 채널 상황과 트래픽 상황에 맞추어 모드를 바꾸고 상향 링크와 하향 링크에 할당하는 자원의 양을 유연하게 바꿈으로써 보다 효율적인 자원 할당이 이루어질 수 있도록 한다. 본 논문에서는 이와 관련된 자원 할당 문제를 수학적으로 표현하여 이론적인 분석의 틀을 제공하고, 이를 효율적으로 풀 수 있는 휴리스틱 알고리즘 또한 제안한다.
3장에서는 직교 주파수 분할 접속 방식 시스템에서 여러 서비스 클래스가 존재하는 자원 할당 문제를 다룬다. 이 때 각 서비스 클래스는 각기 우선도를 갖고 있어서 클래스 간의 우선 순위를 반영하게 된다. 본 논문에서는 시스템 성능의 효율성을 높이는 동시에 각 클래스의 우선 순위를 반영할 수 있는 자원 할당을 위하여 보호 구역에 기초한 우선 순위의 개념을 제안한다. 이 방식에서는 각 서비스 클래스마다 예약된 대역과 공유된 대역이 있으며, 이를 통해 각 서비스 클래스가 할당 받을 수 있는 부반송파의 수를 제안한다. 본 논문에서는, 이러한 자원 할당과 관련한 일반적인 개념에 대한 제안 외에, 제안된 개념이 고려된 자원 할당을 수학적으로 표현하여 최적화된 해를 구할 수 있는 도구를 제공하고 있다. 또한 실시간 동작을 위한 효율적인 휴리스틱 알고리즘 역시 제안하고 있다.
