In next generation wireless networks, the coexistence of multiple radio access technologies (RATs) would become one of the most prevalent features. The wireless networks will be characterized by the integration of different RATs and the use of multiple radio access standards for high data rate transmission. These networks where a mobile device (MD) can utilize multiple RATs simultaneously are named multi-radio access (MRA) system, which accommodates RATs such as 3GPP LTE, mobile WiMAX, and WLAN as subsystems. In MRA systems, optimal operation issues of multi-RAT have taken lots of attention recently to increase system efficiency and improve connectivity as well as energy performance due to the availability of multiple RATs. Lots of work have described that spectrum of each RAT can be dynamically assigned rather than fixed manner for improving the utilization of the spectrum and enhancing the performance of wireless networks. So, optimal resource allocation problem of these networks should be investigated for higher spectral efficiency. In this disseration, an optimal solution for how these resources should be allocated is considered.
First, this dissertaion studies operational issues of the cognitive wireless networks, where multiple and simultaneous radio transmissions are possible by an SDR-based MD over several RATs. In these networks, an optimal solution is analyzed for parallel MRA and a distributed joint allocation algorithm is proposed to maximize total system capacity. This dissertaion also investigates the benefit of multiple transmissions over multiple RATs than a single transmission over a single RAT at a time, which can be interpreted as network diversity gain. Numerical results validate the performance enhancement of our proposed algorithm.
Second, this dissertation focuses on a distributed multiple spectrum pricing scheme to maximize system capacity in the multiaccess system. The multi-price based scheme provides a distributed decision making for an optimal solution where radio resource allocations are determined by each MD, unlike most centralized mechanisms where base station controls the whole radio resource. By the proposed optimal solution, MDs can decide their share of frequence bands and power allocation according to the spectrum price of each RAT, and at the same time the multiaccess system can achieve maximized total throughput. Numerical analysis shows that the proposed scheme achieves the maximal capacity by distributed resource allocation for the multiaccess system.
차세대 무선 네트워크에서는 다양한 무선 액세스 기술이 공존할 것이고, 이는 미래 무선 통신 환경의 주요한 특징 중의 하나가 될 것이다. 또한, 초고속 데이터 전송을 위한 무선 네트워크는 이기종의 무선 액세스 기술을 융합하고 다수의 무선 액세스 표준을 사용할 것이다. 이러한 차세대 무선 네트워크에서 모바일 단말기가 다수의 무선 액세스 기술을 이용하는 시스템을 다중 무선 액세스 시스템이라 하며 3GPP 롱텀이볼루션(LTE), 모바일 와이맥스, 무선랜 등을 서브시스템으로 포함한다. 최근 다중 무선 액세스 시스템에서 다수의 무선 액세스 기술을 활용하여 스펙트럼 및 에너지 효율을 높이고 초고속 데이터 전송을 가능하게 하는 최적 자원 운용 기술에 대한 관심이 고조되고 있다. 지금까지의 많은 연구들은 무선 네트워크의 성능을 높이고 스펙트럼 이용율을 향상시키기 위해 각각의 네트워크가 가지고 있는 무선 자원을 정적인 방법이 아니라 동적으로 할당하는 기법들을 발전시켜 왔다. 따라서, 다중 무선 액세스 시스템에서 보다 향상된 스펙트럼 효율을 제공하기 위해 최적의 동적 자원 할당 기법의 개발이 요구된다. 본 논문에서는 이러한 무선 자원들을 할당하는 최적의 기법들에 대해 논의 한다.
첫째, 본 논문에서는 SDR 기반의 모바일 단말이 다수의 네트워크에 동시 다중 접속이 가능한 무선 인지 네트워크에서의 최적 자원 할당 기법을 제시한다. 무선 인지 네트워크에서 다중 무선 액세스를 위한 최적해를 분석하고, 시스템 용량을 최대화하는 분산 자원 할당 기법을 제안한다. 또한 본 논문은 네트워크 다이버시티 이득이라고 해석 될 수 있는 제안된 다중 무선 액세스 기법이 기존의 무선 액세스 기법보다 우수한 성능을 가진다는 것을 분석하였다. 시뮬레이션을 통해 제안된 다중 무선 액세스를 위한 최적 자원 할당 기법이 시스템 성능을 향상시킨다는 것을 증명하였다.
둘째, 본 논문은 다중 무선 액세스 시스템에서 시스템 용량을 최대화 시키는 멀티 스펙트럼 가격 기법을 제안한다. 기지국에서 전체 무선 자원을 제어하는 대부분의 중앙집중식 기법과 달리 다중의 가격을 기반으로 한 제안된 스펙트럼 기법은 최적해를 찾을 수 있는 분산된 의사 결정 방법을 제공한다. 즉, 무선 자원 할당을 기지국에서 결정하는 것이 아니라 각각의 모바일 단말에서 분산적으로 결정할 수 있는 것이다. 제안된 최적해를 이용하여 모바일 단말들은 각 서브 시스템의 스펙트럼 가격에 따라 자신에게 적합한 주파수 밴드와 전송 전력을 결정할 수 있다. 이러한 분산적 방법을 이용한 자원 할당 기법은 다중 무선 액세스 시스템의 시스템 용량을 최대화시킨다. 다중 무선 액세스 시스템에서의 시뮬레이션 결과는 제안된 기법이 분산 자원 할당 기법에 의해 시스템 용량이 최대화 됨을 보여준다.
