Radio resource management schemes in wireless systems such as orthogonal frequency division multiple access (OFDMA), 1x evolution data only (1xEV-DO), and code division multiple access (CDMA) systems are addressed. The allocation schemes for those systems and some control algorithms such as call admission and load sharing using load measures are provided in this work.
In OFDMA systems, subcarriers and power allocation schemes in OFDMA systems are investigated. The problems in downlink and uplink are provided to maximize rate-sum capacity by differentiating the power constraints. Two necessary conditions for the optimality can be drawn from Karush-Kuhn-Tucker (KKT) condition. Using the conditions, some practical algorithms are proposed: the greedy subcarrier allocation based on the marginal rate function and the iterative power allocation based on the water-filling algorithm. In downlink, the algorithm gives the optimal solution. However, in uplink, it is not optimal but achieves almost near optimal solution for small-sized problems. The water-filling and the equal power allocation display similar performance when they are combined with the proposed subcarrier allocation algorithm.
In 1xEV-DO systems, time slot allocation algorithms in downlink are suggested. The defect in the conventional proportionally fair algorithm is that it can not provide the required quality of service (QoS) and priority for the diverse needs of each user. Enhanced scheduling algorithms are proposed to resolve this problem. The algorithms adopt some parameters related to the required QoS. In setting the parameters, two cases are considered. One is an exponentially varying parameter as in the conventional power control scheme, and the other is a constant parameter determined by the QoS. There is a trade-off between achieving higher system throughput and meeting required QoS.
In CDMA systems, power allocation schemes in CDMA systems are covered when there are different requirements in signal to interference ratio (SIR) values. Even though the formulations are different in downink and uplink, the power ratios between different services in both link have almost the same form. However, the interpretations on the results are not the same. In uplink, the capacity in terms of the equivalent number of users can be maximized when the power ratio meets the requirement. In downlink, the power ratio in downlink means the requirement between different services when a user changes the service type.
Load measures and their applications in wireless systems are also proposed. Two methods of measuring a load is introduced. One is based on the measurement of total received power at a base station in uplink CDMA systems, and the other is a dynamically varying parameter based on the satisfaction level of each user. As an application of the measurement based scheme, a set of bang-bang type call admission control (CAC) schemes is proposed. It is observed that maximum throughput is achieved when the thresholds are the same, and despite the different values of the required SIRs, outage probabilities for voice and data are the same. As an application of the dynamically varying measure, the load sharing algorithm in heterogeneous systems is proposed. There exists a trade-off between the sum of each user's data rate and user's satisfaction level when adopting the load sharing algorithm.
본 연구는 OFDMA 시스템 1xEV-DO 시스템 및 CDMA 시스템에서의 무선 자원 할당 방안 및 관리 방안에 대해 논의한다. 무선 자원 할당 및 관리는 시스템 특성 및 요구 목표에 따라 다른 형태로 접근하여야 한다. 즉 시스템 특성에 따라 가용할 수 있는 무선 자원은 주파수, 시간 슬롯, 전력 등이 있으며 수율 극대화 혹은 형평성에 따라 추구하는 목표가 다르다 .
OFDMA 시스템에서는 가용한 무선자원으로 부채널과 전력이 있으며 수율 극대화를 위한 자원 할당을 다룬다. 상,하향 링크의 전력에 대한 제한 조건의 차이에서 수율 극대화를 위한 문제를 도출한다. Karush-Kuhn-Tucker(KKT)조건으로부터 도출된 문제의 최적 해의 필요조건을 이끌어 낸다. 필요 조건을 이용하여 부채널은 marginal rate함수에 기반한 greedy한 할당 방안을 전력은 water-filling 및 동일양 할당 방안을 제안한다. 부채널 할당 방안과 연계한 전력 할당 방안의 경우 water filling 방법과 각 부채널에 동일한 양을 할당하는 방법이 거의 비슷한 성능을 나타낸다.
1xEV-DO 시스템에서는 가용한 무선 자원으로 시간 슬롯이 있다. 기존에 제안된 proportional fairness 알고리즘의 경우 수율 증가와 형평성에서 좋은 성능을 보이나 사용자간 QoS 및 우선권 보장이 불가능하다. 이를 위해 기존의 알고리즘에 새로운 파라미터를 도입한 알고리즘을 제안한다. 수율 극대화와 QoS 보장 사이의 trade off 관계를 볼 수 있다.
CDMA 시스템의 주요한 자원으로는 전력을 들 수 있다 서비스 종류에 따라 다른신호대 잡음비를 요구하는 경우 용량 극대화를 위한 전력 할당 방안에 대해 다룬다. 상,하향 링크에서 문제 설정 방법이 다르나 비슷한 전력 할당 비를 도출해 낼 수 있다. 제시된 전력 할당 비를 통해 상향링크는 등가 사용자 수의 최대화, 하향링크는 서비스 종류에 따른 최적 전력 할당을 실현할 수 있다.
무선 자원의 효율적인 관리를 위해 부하 측정 방안이 제안된다. CDMA 시스템 상향 링크의 경우 기지국 수신 전력이 부하 측정에 도입될 수 있다. 또한 사용자의 요구 서비스 종류, 무선 채널 환경의 변화, 시스템의 효율성 등의 다양성을 반영할 수 있는 부하 측정 방안이 제시된다. 제시된 부하 측정 방안들은 호 수락 제어 및 이종 시스템간 부하 분산 방안에 적용한다.
