In this dissertation, we investigate efficient scheduling algorithms with medium access control and radio resource management in multi-dimensional radio resources. For a relatively simple space-domain scheduling, we propose a two-dimensional channel estimation scheme based on a moving average-level crossing rate ($\sl{MA-LCR}$) plane for classifying each user`s channel status in the respect of $\it{geometry}$ and mobility and also propose an adaptive multiple-input multiple-output (MIMO) transmission scheme that dynamically select an appropriate MIMO mode according to varying channel states. Based on the two-dimensional channel estimation, we derive an optimal MIMO mode selection criterion in single user MIMO systems and extend to apply the geometry and mobility information to the design of an optimal dynamic scheduler in multi-user MIMO systems. Furthermore, we propose a linear signal-to-interference-and-noise ratio (SINR) prediction scheme to alleviate performance degradation due to delayed channel state information (CSI) and the predicted CSI provides a significant increase in the throughput gain for $\it{opportunistic}$ scheduling.
For a relatively simple time/frequency-domain power allocation, we consider a constant-power allocation (CPA) scheme and investigate the effect of $\it{cutoff}$ values on the performance. The proposed scheme provides near-optimum performance close to the optimal water-filling capacity and it reduces the peak-to-average power ratio. Further, we propose an iterative solution for allocating/assigning power, users, and subcarriers in order to ensure proportional fairness among users for orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) systems. Based on the proportional fair (PF) criterion, we propose a near-optimal proportional fair allocation (PFA) scheme exploiting multi-user diversity as well as frequency diversity, and also propose a CPA scheme employing $\it{modified signal-to-noise ratio}$ (SNR) ordering and simple $\it{power truncation}$ to avoid the complicated computation of $\it{cutoff level}$ for PFA. Specially, in the low SNR region, the proposed PFA and CPA schemes improve the throughput performance without losing fairness, compared to the conventional EPA scheme. Considering the performance and computational complexities, the proposed CPA scheme is considered as a promising solution for achieving near-optimal proportional fairness.
본 학위 논문은 다차원 무선 자원에서 효율적인 매체 접근 제어 기법과 무선 자원 관리 기법에 대해 새로운 방법을 제안한다. 상대적으로 간단한 안테나 스케줄링을 위해 각각의 사용자의 채널 상황을 기하적 위치와 이동성 측면에서 구분하는 이동평균-선교차률 평면을 기반으로 한 이차원 채널 예측 기법을 제안하고, 시 변하는 채널 상황에 따라 동적으로 가장 적합한 다중입력 다중출력 방식을 선택하는 적응적 다중입력 다중출력 전송 기법을 제안한다. 단일 사용자 환경에서 이차원적인 채널 예측 정보에 따라 최적의 전송 방식을 결정하는 판단 기준을 제시하고, 이를 바탕으로 다중 사용자 환경에서 최적의 성능을 제공하는 동적 스케줄링 기법을 제안한다. 더 나아가, 지연된 채널 상태 정보로 인한 성능 열화를 감소시키기 위한 신호 대 간섭 및 잡음 비 예측 기법을 활용하면 기회적인 스케줄링 기법의 성능을 상당히 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
시간/주파수 스케줄링을 위해 정전력 할당 기법에서 절사값이 성능에 미치는 영향에 대해 알아본다. 제안된 정전력 할당 기법은 최적의 물 붓기 용량에 가까운 성능을 보이며 동시에 최대 전력 대 평균 전력 비율을 낮추는데 도움이 된다. 직교 주파수 분할 다중 접속 방식에서 사용자간 비례적인 공평성을 보장하기 위해 전력, 사용자, 부반송파를 반복적으로 할당하는 방식으로 비례적인 공평성을 측면에서 부최적인 자원 할당 기법을 제안하고, 절사점을 계산하기 위한 복잡한 과정을 피하기 위해 수정된 신호 대 잡음 비 정렬 방식과 전력 차단 방식 두 가지를 활용한 정전력 할당 기법을 제안한다. 제안된 부최적 비례 공평 자원 할당 기법이나 정전력 할당 기법을 기존의 등전력 할당 기법과 비교할 때, 신호 대 잡음 비가 낮은 환경에서 공평성 향상을 통한 성능 개선이 특히 두드러짐을 확인할 수 있다. 따라서, 최적에 가까운 성능을 얻는 데 있어서 성능 향상과 계산량을 동시에 고려하면 제안된 정전력 할당 기법이 유망한 해결법이라 할 수 있다.
