автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка алгоритмов управления передачей данных в беспроводных сетях с частотно-временным разделением

На правах рукописи

ФИЛИН Станислав Анатольевич

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕДАЧЕЙ ДАННЫХ В БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЯХ С ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ

Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж-2005

Работа выполнена в ОАО «Концерн «Созвездие» (г. Воронеж)

Научный руководитель кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Гармонов Александр Васильевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических

наук, профессор

Бобрешов Анатолий Михайлович;

кандидат технических наук Душкин Александр Викторович

Ведущая организация Институт Проблем Передачи

Информации Российской Академии Наук

Защита состоится 20 декабря 2005 г. в 10 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета К212.037.03 Воронежского государственного технического университета по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

Автореферат разослан «_» ноября 2005 г.

Ученый секретарь .1 у

диссертационного совета (уШм^* /ААхМф_ Козьмин В. А.

ш

Z QSlW

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Настоящее время характеризуется высокой популярностью беспроводных сетей передачи данных и ростом количества предоставляемых сервисов. Беспроводные сети передачи данных должны обладать высокой эффективностью. Вместе с тем, само понятие эффективности изменилось. Задача повышения пропускной способности отошла на второй план. На первом месте стоит обеспечение требований по качеству сервиса пользователей - требований QoS (Quality-of-Service). Набор требований QoS включает три параметра:

- минимальную скорость передачи,

- максимальные информационные потери, и

- максимальную задержку,

которые надо обеспечивать при передаче данных пользователям беспроводной сети.

Технология OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing — передача данных на ортогональных по частоте поднесущих) и множественный доступ OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access - множественный доступ с частотно-временным разделением) в настоящее время являются наиболее удобными технологиями для передачи мультимедийных данных, обеспечивая при этом требования QoS. Они предоставляют следующие возможности:

- адаптивное кодирование и модуляция,

- регулировка мощности,

- адаптивное перераспределение ресурсов кадров прямого и обратного каналов,

- частотное и многопользовательское разнесение.

При частотном разнесении поднесущие каждого пользователя псевдослучайно разносятся по всему спектру OFDM сигнала. Условия приёма для конкретной пользовательской станции характеризуются средними по всему спектру сигнала условиями. При многопользовательском разнесении поднесущие каждого пользователя частотно сосредоточены в спектре OFDM сигнала. Условия приёма разные у разных пользователей. Соответственно, каждую группу поднесущих можно адаптивно назначать пользовательской станции с наилучшими текущими условиями приёма.

Задача управления передачей является задачей условной оптимизации. При условии обеспечения требований QoS пропускная способность не может выступать в качестве целевой функции. Традиционными являются две следующие целевые функции:

- минимизация размера занимаемого при передаче частотно-временного ресурса, ---

- минимизация излучаемой при передаче мощности.

Использование первой целевой функции позволяет максимизировать свободный ресурс кадра. Использование второй целевой функции приводит к уменьшению внутрисистемных помех.

Оптимальное решение задач условной оптимизации этих целевых функций — полный перебор - обладает экспоненциальной сложностью. Это обусловило наличие большого количества эвристических алгоритмов. Известные алгоритмы управления передачей в беспроводных сетях передачи данных на основе множественного доступа OFDMA обладают следующими существенными недостатками.

Они не учитывают особенностей обработки пакетов данных на уровне MAC и процедур преобразования блоков данных в пакеты данных. Также, не учитываются особенности приёма кодовых блоков при использовании технологии OFDM. Соответственно, они не могут обеспечивать выполнение требований QoS.

В беспроводных сетях передачи данных внутрисистемные помехи являются случайными. В ряде работ отмечено, что они плохо прогнозируемы. Вместе с тем, нет работ, в которых бы учитывался их случайный характер при разработке алгоритмов управления передачей.

Кроме того, в подавляющем большинстве работ не рассматривается такой эффективный механизм обеспечения низкого значения вероятности блоковой ошибки, как повторная передача.

Применение классических методов оптимизации для решения задач минимизации размера занимаемого при передаче частотно-временного ресурса и минимизации излучаемой при передаче мощности не целесообразно в силу их высокой вычислительной сложности. Во-первых, целевые функции и условия, при которых осуществляется оптимизация, являются нелинейными. Во-вторых, область определения аргументов является смешанной (дискретная и непрерывная) и имеет сложную форму, определяемую нелинейными уравнениями.

Таким образом, задача управления передачей в беспроводных сетях передачи данных на основе множественного доступа OFDMA, обеспечивающих выполнение требований QoS, в настоящее время не решена.

Пель и задачи работы. Целью диссертации является повышение эффективности беспроводных сетей передачи данных на основе множественного доступа OFDMA за счёт использования новых алгоритмов управления передачей, обеспечивающих выполнение требований QoS.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие научные задачи:

1. Разработать алгоритмы минимизации размера занимаемого при передаче частотно-временного ресурса кадра;

2. Разработать алгоритмы минимизации излучаемой при передаче мощности;

3. Разработать методику определения минимальной мощности передачи, при которой удовлетворяются требования (^ов.

Методы исследования. В основу исследования положены методы статистической радиотехники, теории вероятностей и математической статистики, математические методы оптимизации, численные методы и методы компьютерного моделирования.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработаны алгоритмы минимизации размера занимаемого при передаче частотно-временного ресурса кадра, отличающиеся от известных алгоритмов перераспределением ресурса между кадрами прямого и обратного каналов и быстрой итеративной процедурой понижения скорости передачи сервисных потоков.

2. Разработаны алгоритмы минимизации излучаемой при передаче мощности, отличающиеся от известных алгоритмов быстрой итеративной процедурой увеличения скорости передачи сервисных потоков, а также, для многопользовательского разнесения, быстрыми эффективными процедурами размещения сервисных потоков в кадре и перестановки положений сервисных потоков в кадре.

3. Разработана методика определения минимальной мощности передачи, при которой удовлетворяются требования (Зов, отличающаяся от известных методик тем, что впервые для решения этой задачи применён статистический подход, а также тем, что она применима для случая селективной повторной передачи.

Практическая значимость. Практическая значимость разработанных итеративных алгоритмов минимизации размера занимаемого при передаче частотно-временного ресурса и минимизации суммарной излучаемой при передаче мощности заключается в том, что они не требуют больших вычислительных затрат и, поэтому, могут быть использованы в реальных беспроводных сетях передачи данных. Вместе с тем они достигают высоких значений пропускной способности, близких к верхней границе, рассчитанной теоретически.

Предлагаемые в диссертации итеративные алгоритмы, в отличие от классических алгоритмов оптимизации, построены специально для решения поставленных задач. Поэтому, они обладают существенно меньшей вычислительной сложностью.

Внедрение результатов. Алгоритмы управления передачей, разработанные в диссертации, использованы в разработках ФГУП ВНИИС, что подтверждено соответствующим актом о внедрении по теме ОКР «Созвездие -М-МР1».

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на X Международной конференции Wireless World Research Forum Meeting (Нью-Йорк, 2003); XI Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2005); 61-ой Международной конференции IEEE Vehicular Technology Conference (Стокгольм, 2005); XVI Международной конференции ШЕЕ International Symposium on Personal Indoor and Mobile Radio Communications (Берлин, 2005); VIII Международной конференции European Conference on Wireless Technology (Париж, 2005).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 14 печатных работах, в том числе в 3 статьях, 8 докладах на научно-технических конференциях, 3 патентах РФ. В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателю принадлежит: [1], [2] - теоретический анализ, моделирование, написание текста; [3] - выбор вариантов топологии и фактора повторного использования частоты для анализа, написание текста; [4] - постановка задачи, анализ и обсуждение результатов; [5], [6], [7] - разработка заявленных способов, написание текста; [8], [9], [10] - анализ литературы, написание текста; [11], [12], [13] - разработка алгоритмов, проведение моделирования и анализ его результатов, написание текста; [14] - разработка концепции, структуры и функций симулятора системного уровня, написание текста.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения, списка литературы и четырех приложений. Работа изложена на 165 страницах, содержит 25 рисунков и 1 таблицу. Список литературы включает 152 наименования использованных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, изложены цели и задачи исследования, раскрыта научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе проведён анализ известных алгоритмов управления передачей в беспроводных сетях передачи данных. Сначала дан обзор

технологии адаптивной передачи. Далее приведён обзор алгоритмов регулировки мощности - существенного раздела адаптивной передачи. Затем приведён обзор алгоритмов адаптивной> модуляции для систем связи с временным разделением и на основе технологии OFDM, отдельное внимание уделено алгоритму water-filling. Далее приведён обзор алгоритмов адаптивной передачи для систем связи на основе технологии OFDM и на основе множественного доступа OFDMA. В конце данной главы дан обзор ряда работ, сравнивающих эффективность разных методов адаптации (степеней свободы).

Всё многообразие задач, решаемых при управлении передачей в беспроводных сетях передачи данных на основе множественного доступа OFDMA, можно свести к четырём задачам:

- максимизация суммарной пропускной способности;

- минимизация суммарной излучаемой мощности (внутрисистемных помех);

- минимизация суммарного объёма частотно-временного ресурса, занимаемого всеми пользователями;

- максимизация (или минимизация) суммарной многокритериальной целевой функции (или функции стоимости).

Дополнительно может решаться задача уменьшения взаимных помех между пользователями, использующими общий частотно-временной ресурс.

При решении этих задач доступны следующие степени свободы:

- адаптивное кодирование и модуляция;

- регулировка мощности;

- адаптивное назначение поднесущих или групп поднесущих;

- выбор расположения частотно-временного ресурса пользователя в частотно-временном ресурсе кадра.

Оптимальное решение поставленных задач условной оптимизации обладает экспоненциальной сложностью. Это связано с тем, что переменные, по которым осуществляется оптимизация, имеют смешанную область неопределённости - часть переменных, например излучаемая мощность, определена на непрерывном интервале значений, а часть, например вид кодирования и модуляции, принимает значения из дискретного набора. Кроме того, целевые функции (функции стоимости) и ограничения могут иметь достаточно сложный нелинейный вид. Это обусловило наличие большого количества эвристических итеративных алгоритмов решения поставленных задач.

Известные алгоритмы управления передачей в беспроводных сетях передачи данных на основе множественного доступа OFDMA обладают следующими существенными недостатками.

Все рассмотренные алгоритмы не учитывают особенностей обработки пакетов данных на уровне MAC и процедур преобразования блоков данных в пакеты данных. Также, не учитываются особенности приёма кодовых блоков при использовании технологии OFDM. Соответственно, они не удовлетворяют требованиям QoS.

В беспроводных сетях передачи данных внутрисистемные помехи являются случайными. В ряде работ отмечено, что они плохо прогнозируемы. Соответственно, условия приёма также являются случайными. Вместе с тем, в известных работах условия приёма считаются известными, т.е. используется детерминированный подход.

Кроме того, в подавляющем большинстве работ не рассматривается такой эффективный механизм обеспечения низкого значения вероятности блоковой ошибки, как повторная передача.

Во второй главе решены первые две научные задачи, поставленные в диссертации. Задача минимизации размера занимаемого при передаче частотно-временного ресурса кадра и задача минимизации излучаемой при передаче мощности решены как для частотного, так и для многопользовательского разнесения. Материал второй главы основан на результатах, опубликованных в [5] - [10]. При решении задач оптимизации использованы идеи и подходы, опубликованные в [11] - [13].

Сначала рассмотрено частотное разнесение. Приведено математическое описание структуры кадра и пояснены использованные обозначения. Кадр имеет фиксированную длительность и содержит кадр прямого канала и кадр обратного канала. Граница между кадрами прямого и обратного каналов может адаптивно меняться от кадра к кадру. Есть крайнее левое положение границы и крайнее правое положение границы. Во временной области кадры прямого и обратного канала разделены на временные слоты, каждый из которых содержит один или несколько OFDM символов. В частотной области поднесущие кадров прямого и обратного каналов разделены на частотные подканалы, каждый из которых содержит несколько поднесущих. Перед передачей поднесущие одного частотного подканала псевдослучайно распределяются во всей полосе частот OFDM сигнала.

Далее решена первая научная задача для структуры кадра с частотным разнесением.

Задача минимизации размера занимаемого при передаче частотно-временного ресурса кадра для частотного разнесения формулируется следующим образом. Найти такое положение границы между кадрами прямого и обратного каналов, такие наборы схем кодирования и модуляции и соответствующие им мощности передачи, при которых минимально значение суммарного частотно-временного ресурса кадра, занимаемого при передаче сервисными потоками прямого и обратного каналов, блоки данных которых запланированы к передаче в этом кадре, при ограничении на суммарную мощность, излучаемую в единицу времени, на доступный размер частотно-временного ресурса кадров прямого и обратного каналов и выполнении требований (ЗоБ всех сервисных потоков прямого и обратного каналов, если последнее возможно. Дополнительно предполагается, что у сервисных потоков есть относительные приоритеты. Если последнее условие выполнить не возможно, то из рассмотрения итеративно убираются сервисные потоки с наименьшими приоритетами.

Предложен вариант реализации оптимального решения - полного перебора. Предложены эвристические итеративные алгоритмы минимизации занимаемого ресурса. Они относятся к классу алгоритмов прямого поиска локального экстремума целевой функции.

Предложенные алгоритмы включают процедуру оптимизации положения границы между кадрами прямого и обратного каналов, основная идея которой заключается в следующем:

- если возможно разместить все сервисные потоки в кадрах прямого и обратного каналов, то ищут положение границы, ближайшее к начальному, соответствующее локальному минимуму целевой функции;

- если не возможно разместить все сервисные потоки, то ищут положение границы, ближайшее к начальному, соответствующее минимальному значению приоритета последнего поместившегося сервисного потока;

- в качестве начального положения границы выбирают среднее положение.

Для каждого положения границы ищут минимальное значение целевой функции. Эта процедура осуществляется независимо в прямом и обратном каналах. Все сервисные потоки инициализируются схемой кодирования и модуляции с максимальной скоростью передачи. Если условие на мощность не выполняется, то итеративно понижают скорость передачи. На каждой итерации понижают скорость передачи одного сервисного потока. Если на какой-либо итерации условие на ресурс не выполняется, то убирают из рассмотрения один

сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают процедуру оптимизации с самого начала.

Предлагается три критерия выбора сервисного потока, номер схемы кодирования и модуляции которого уменьшается. Им соответствуют три предлагаемых алгоритма.

Согласно первому критерию на каждой итерации максимизируют прирост доступной мощности. Согласно второму критерию на каждой итерации минимизируют прирост занимаемого частотно-временного ресурса. Третий критерий объединяет первые два критерия.

Далее решена вторая научная задача для структуры кадра с частотным разнесением.

Задача минимизации излучаемой при передаче мощности для частотного разнесения формулируется следующим образом. Найти такое положение границы между кадрами прямого и обратного каналов, такие наборы схем кодирования и модуляции и соответствующие им мощности передачи, при которых минимально значение суммарной мощности, излучаемой при передаче сервисными потоками прямого и обратного каналов, блоки данных которых запланированы к передаче в этом кадре, при ограничении на суммарную мощность, излучаемую в единицу времени, на доступный размер частотно-временного ресурса кадров прямого и обратного каналов и выполнении требований С?о8 всех сервисных потоков прямого и обратного каналов, если последнее возможно. Дополнительно предполагается, что у сервисных потоков есть относительные приоритеты. Если последнее условие выполнить не возможно, то из рассмотрения итеративно убираются сервисные потоки с наименьшими приоритетами.

Предложен вариант реализации оптимального решения - полного перебора. Предложены эвристические итеративные алгоритмы минимизации излучаемой мощности. Они также относятся к классу алгоритмов прямого поиска локального экстремума целевой функции.

Разработанные алгоритмы включают процедуру оптимизации положения границы между кадрами прямого и обратного каналов, которая совпадает с процедурой первой задачи с точностью до целевой функции.

Для каждого положения границы ищут минимальное значение целевой функции. Эта процедура осуществляется независимо в прямом и обратном каналах. В отличие от алгоритмов минимизации ресурса все сервисные потоки инициализируются схемой кодирования и модуляции с минимальной скоростью передачи. Если условие на ресурс не выполняется, то итеративно повышают скорость передачи. Если на какой-либо итерации условие на

мощность не выполняется, то убирают из рассмотрения один сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают процедуру оптимизации с самого начала.

Предлагается три критерия выбора сервисного потока, номер схемы кодирования и модуляции которого повышается. Им соответствуют три предлагаемых алгоритма.

Согласно первому критерию, на каждой итерации минимизируют прирост излучаемой мощности. Согласно второму критерию, на каждой итерации максимизируют прирост освобождаемого частотно-временного ресурса. Третий критерий объединяет первые два критерия.

Далее во второй главе рассмотрено многопользовательское разнесение. Приведено математическое описание структуры кадра и пояснены использованные обозначения. Отличие структуры кадра с многопользовательским разнесением заключается в том, что поднесущие одного частотного подканала остаются соседними при передаче. Условия приёма разные у разных пользователей. Соответственно, каждую группу поднесущих можно адаптивно назначать пользовательской станции с наилучшими текущими условиями приёма.

Решены первая и вторая научные задачи для структуры кадра с многопользовательским разнесением.

Задача минимизации суммарного занятого частотно-временного ресурса формулируется следующим образом. Найти такое положение границы, такие расположения сервисных потоков, такие наборы схем кодирования и модуляции и соответствующие им мощности излучения, при которых минимально значение суммарного занятого частотно-временного ресурса при ограничении на доступный частотно-временного ресурс, на мощность, излучаемую в единицу времени, с учётом того, что один элемент частотно-временного ресурса может занимать только один сервисный поток, и выполнении требований Сов. Постановка задачи минимизации суммарной излучаемой мощности совпадает с точностью до целевой функции. Отличие от частотного разнесения заключается в том, что теперь дополнительно необходимо выбирать расположение сервисных потоков в кадре.

В разработанных алгоритмах минимизации занимаемого ресурса и алгоритмах минимизации излучаемой мощности для многопользовательского разнесения процедуры оптимизации положения границы совпадают с процедурами для частотного разнесения.

При минимизации занимаемого ресурса все сервисные потоки инициализируются схемой кодирования и модуляции с максимальной

скоростью передачи. После этого они размещаются в кадре. Если условие на мощность не выполняется, то осуществляется перестановка положений сервисных потоков в кадре. Если условие на мощность опять не выполняется, то понижают скорость передачи одного сервисного потока. Если на какой-либо итерации условие на ресурс не выполняется, то убирают из рассмотрения один сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают процедуру оптимизации с самого начала.

Предлагается три критерия выбора сервисного потока, номер схемы кодирования и модуляции которого уменьшается. Им соответствуют три предлагаемых алгоритма.

Согласно первому критерию, выбирают сервисный поток с максимальной потребляемой мощностью. Согласно второму критерию, выбирают сервисный поток с минимальным занимаемым ресурсом. Третий критерий объединяет первые два критерия.

При минимизации излучаемой мощности все сервисные потоки инициализируются схемой кодирования и модуляции с минимальной скоростью передачи. После этого они размещаются в кадре. Если условие на ресурс не выполняется, то повышают скорость передачи одного сервисного потока. Если на какой-либо итерации условие на мощность не выполняется, то пробуют осуществить перестановку расположения сервисных потоков в кадре. Если после этого условие на мощность не выполняется, то убирают из рассмотрения один сервисный поток с минимальным приоритетом и начинают процедуру оптимизации с самого начала.

Предлагается три критерия выбора сервисного потока, номер схемы кодирования и модуляции которого повышается. Им соответствуют три предлагаемых алгоритма.

Согласно первому критерию, выбирают сервисный поток с минимальной потребляемой мощностью. Согласно второму критерию, выбирают сервисный поток с максимальным занимаемым ресурсом. Третий критерий объединяет первые два критерия.

Процедуры размещения сервисных потоков в кадре и перестановки их расположения отличают алгоритмы для многопользовательского разнесения от алгоритмов для частотного разнесения. В диссертации предложены две стратегии перестановки и одна итеративная процедура размещения сервисных потоков в кадре.

Таким образом, во второй главе решены две первые научные задачи:

- разработаны алгоритмы минимизации размера занимаемого при передаче частотно-временного ресурса кадра, отличающиеся от известных

алгоритмов перераспределением ресурса между кадрами прямого и обратного каналов и быстрой итеративной процедурой понижения скорости передачи сервисных потоков;

- разработаны алгоритмы минимизации излучаемой при передаче мощности, отличающиеся от известных алгоритмов быстрой итеративной процедурой увеличения скорости передачи сервисных потоков, а также, для многопользовательского разнесения, быстрыми эффективными процедурами размещения сервисных потоков в кадре и перестановки положений сервисных потоков в кадре.

Решение первых двух научных задач потребовало решения третьей научной задачи, которой посвящена третья глава диссертации.

В третьей главе разработана методика определения минимальной мощности передачи, при которой удовлетворяются требования QoS. Цель методики - для каждого сервисного потока для каждой схемы кодирования и модуляции с учётом условий приёма найти минимальное значение мощности излучения, при котором ещё выполняется набор требований QoS. Материал третьей главы основан на результатах, опубликованных в [1], [2], [8] - [10].

В диссертации методика разработана для прямого канала и для обратного канала для следующих вариантов обработки блоков данных на уровне MAC и на физическом уровне:

- без использования повторной передачи, без использования контрольной суммы;

- без использования повторной передачи, с использованием контрольной суммы;

- с использованием повторной передачи.

Без использования повторной передачи ключевым параметром из набора требований QoS является максимальная вероятность ошибки приёма блока данных. С использованием повторной передачи ключевым параметром из набора требований QoS является максимальная средняя задержка передачи блока данных.

В методике считают известными зависимость вероятности ошибки приема кодового блока от номера схемы кодирования и модуляции и от условий приёма, а также совместную плотность распределения вероятностей условий приёма.

В разработанной методике учтены особенности обработки блоков данных на уровне MAC и на физическом уровне. Также условия приёма рассматривались как случайные, т.е. был использован статистический подход.

Таким образом, в третьей главе решена третья научная задача:

- разработана методика определения минимальной мощности передачи, при которой удовлетворяются требования QoS, отличающаяся от известных методик тем, что впервые для решения этой задачи применён статистический подход, а также тем, что она применима для случая селективной повторной передачи.

В четвёртой главе разработанные алгоритмы проанализированы методом моделирования с использованием симулятора системного уровня сети IEEE 802.16 OFDMA [3], [4], [14]. Моделировалось 19 сот. Статистика снималась только для центральной соты. Каждая сота включает 3 сектора. Коэффициент повторного использования частоты 3. Радиус соты порядка 1000 м. Полоса частот 10 МГц в каждом секторе. Пять пользовательских станций создают нагрузку на сектор 1.6 Мб/с.

Ключевыми выходными параметрами являются:

- доля занятости частотно-временного ресурса кадров прямого и обратного каналов;

- доля занятости мощности кадров прямого и обратного каналов;

- пропускная способность сектора.

На рис. 1 - 3 показаны результаты моделирования, полученные для многопользовательского разнесения для задачи минимизации излучаемой мощности. Так как алгоритмы стараются назначать сервисным потокам как можно меньшие скорости передачи, то доля занятого частотно-временного ресурса кадра быстро достигает величины 100% (рис. 1). Доля занятости мощности, напротив, увеличивается достаточно медленно (рис. 2).

0 5 10 15 20 25 30

Нагрузка, Мб/с

Рис. 1. Доля занятости частотно-временного ресурса

О 5 10 15 20 25 30

Нагрузка, Мб/с

Рис. 2. Доля занятости мощности

С увеличением нагрузки на сектор наступает момент, когда блоки данных всех сервисных потоков уже не могут поместиться в кадр - наступает перегрузка (рис. 3). Этот момент наступает позже для третьего алгоритма, чем для первых двух. Соответственно, третий алгоритм достигает большей спектральной эффективности, порядка 2.5 б/с/Гц.

0 5 10 15 20 25 30

Нагрузка, Мб/с

Рис. 3. Пропускная способность сектора

Разработанные алгоритмы управления передачей достигают спектральной эффективности порядка 1 бит/с/Гц для структуры кадра с частотным разнесением и 2.5 бит/с/Гц для структуры кадра с многопользовательским разнесением в сотовой беспроводной сети передачи данных с тремя секторами на соту и коэффициентом повторного использования частоты 3, при радиусе соты порядка 1000 м. Эти значения спектральной эффективности незначительно ниже верхней границы, рассчитанной теоретически.

В приложениях к диссертации изложены вспомогательные материалы. В приложении А дан обзор семейства стандартов IEEE 802.16. В приложении Б представлен обзор технологии OFDM и множественного доступа OFDMA. В приложении В описаны использованные программы моделирования. В приложении Г приведены графики зависимостей вероятности ошибки приёма кодового блока от отношения сигнал/шум.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В настоящей диссертации, посвящённой разработке алгоритмов управления передачей в беспроводных сетях передачи данных на основе множественного доступа OFDM А, получено 3 научных результата.

1. Разработаны алгоритмы минимизации размера занимаемого при передаче частотно-временного ресурса кадра для частотного и многопользовательского разнесения, заключающиеся в итеративном поиске локального минимума суммарного занимаемого ресурса. Они отличаются от известных алгоритмов перераспределением ресурса между кадрами прямого и обратного каналов и быстрой итеративной процедурой понижения скорости передачи сервисных потоков.

2. Разработаны алгоритмы минимизации излучаемой при передаче мощности для частотного и многопользовательского разнесения, заключающиеся в итеративном поиске локального минимума суммарной излучаемой мощности. Они отличаются от известных алгоритмов быстрой итеративной процедурой увеличения скорости передачи сервисных потоков, а также, для многопользовательского разнесения, быстрыми эффективными процедурами размещения сервисных потоков в кадре и перестановки положений сервисных потоков в кадре.

3. Разработана методика определения минимальной мощности передачи, при которой удовлетворяются требования QoS, заключающаяся в статистическом усреднении вероятности ошибки приёма блока данных или задержки передачи блока данных. Она отличается от известных методик тем, что впервые для решения этой задачи применён статистический подход, а также тем, что она применима для случая селективной повторной передачи.

Все разработанные алгоритмы, помимо оптимизации своих целевых функций, обеспечивают выполнение требований QoS. Они достигают достаточно высоких значений пропускной способности беспроводной сети передачи данных при приемлемых вычислительных затратах. В частности, разработанные алгоритмы управления передачей достигают спектральной эффективности порядка ] бит/с/Гц для структуры кадра с частотным разнесением и 2.5 бит/с/Гц для структуры кадра с многопользовательским разнесением в сотовой беспроводной сети передачи данных с тремя секторами на соту и коэффициентом повторного использования частоты 3, при радиусе соты порядка 1000 м.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Гармонов A.B., Филин СЛ., Моисеев С.Н. Анализ процедуры передачи поп-real-time трафика в беспроводной сети передачи данных по стандарту IEEE 802.16 // Радиолокация, навигация, связь : XI Междунар. науч.-техн. конф. -Воронеж, 2005. - Т. 2. - С. 801-809.

2. Гармонов A.B., Филин С.А., Моисеев С.Н. Анализ процедуры передачи real-time трафика в беспроводной сети передачи данных по стандарту IEEE 802.16 // Радиолокация, навигация, связь: XI Междунар. науч.-техн. конф. -Воронеж, 2005. - Т. 2. - С. 796-801.

3. Моисеев С.Н., Филин С.А. Оптимизация топологии и фактора повторного использования частоты для сети IEEE 802.16d // Радиолокация, навигация, связь : XI Междунар. науч.-техн. конф. - Воронеж, 2005. - Т. 2. - С. 809-821.

4. Обзор математических моделей формирования трафика для моделирования системного уровня беспроводных сетей передачи данных по стандарту IEEE 802.16 / Ю.Б. Нечаев, А.Ю. Савинков, Е.В. Шадчнев, С.А. Филин // Радиолокация, навигация, связь: XI Междунар. науч.-техн. конф. -Воронеж, 2005. - Т. 2. - С. 821-830.

5. Пат. № 2256292 РФ. Способ организации сотовой сети связи, способ регистрации мобильной станции в сотовой сети связи, способ установления соединения мобильной станции с другой мобильной станцией или с фиксированным телефоном, способ передачи обслуживания мобильной станции между приемопередающими системами базовых станций и способ завершения соединения с мобильной станцией / A.B. Гармонов, С.А. Филин, А.Ю. Савинков -№ 2003134509 ; заяв. 25.12.2003.

6. Пат. № 2262198 РФ. Способ передачи сигнала и устройство для его реализации / А.В. Гармонов, С.А. Филин, А.Ю. Савинков - № 2004114907 ; заяв. 18.05.2004.

7. Способ адаптивного распределения частотно-временного ресурса, адаптивной модуляции, кодирования и регулировки мощности в системе связи / А.В. Гармонов, А.Ю. Савинков, С.А. Филин и др. - № 2003125611 ; заяв. 21.08.2003. - (Решение о выдаче патента от 25.02.2005 ; передано на присвоение патента 20.09.2005).

8. Стандарт IEEE 802.16: история создания и перспективы развития /А.В. Гармонов, С.А. Филин, С.Н. Моисеев и др. // Мобильные системы. - 2005. - № 6. - С. 40-45.

9. Технический обзор стандарта IEEE 802.16 / А.В. Гармонов, А.Ю. Савинков, С.А. Филин и др. // Мобильные системы. - 2005. - № 11. - С. 16-24.

10. Технология OFDM и варианты множественного доступа на её основе / А.В. Гармонов, А.Ю. Савинков, С.А. Филин и др. // Мобильные системы. -2005.-№10.-С. 12-18.

11. Joint fragment size, transmission rate, and request-to-send/clear-to-send threshold optimization for the IEEE 802.1 lb distributed coordination function / A.V. Garmonov, A.Y. Savinkov, S.A. Filin et al // 61-th IEEE Vehicular Technology Conference. - Stockholm, 2005. - P. 342-346.

12. Joint fragment size and transmission rate optimization for request-to-send/clear-to-send mechanism of IEEE 802.11b distributed coordination function / A.V. Garmonov, A.Y. Savinkov, S.A. Filin et al // XVI IEEE International Symposium on Personal Indoor and Mobile Radio Communications. - Berlin, 2005. -P. 213-217.

13. Joint fragment size and transmission rate optimization for basic access mechanism of IEEE 802.11b distributed coordination function / S. A. Filin, A.V. Garmonov, A.Y. Savinkov et al // VIII European Conference on Wireless Technology. - Paris, 2005. - P. 54-59.

14. System level simulator for performance evaluation of IEEE standard 802.16a wireless metropolitan area networks / A.Y. Savinkov, S.A. Filin, S.V. Polichnoy et al // X Wireless World Research Forum Meeting. - New York, 2003. -

Подписано в печать 15.11.2005. Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 90 экз. Заказ № Воронежский государственный технический университет 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

Ч ■ I

"2520

РНБ Русский фонд ^

2006-4 27841

I

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕДАЧЕЙ В БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЯХ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

1.1 Обзор технологии адаптивной передачи.

1.2 Обзор алгоритмов регулировки мощности.

1.3 Обзор алгоритмов адаптивной квадратурной амплитудной модуляции для технологии OFDM.

1.3.1 Технология water-filling.

1.4 Обзор алгоритмов управления передачей в сетях передачи данных на основе технологии OFDM и множественного доступа OFDMA.

1.4.1 Обзор алгоритмов не решающих задачу уменьшения взаимных помех пользователей.

1.4.2 Обзор алгоритмов уменьшения взаимных помех пользователей.

1.4.3 Обзор алгоритмов с многокритериальной целевой функцией.

1.4.4 Обзор результатов сравнения результатов адаптации при использовании различных степеней свободы.

1.5 Выводы.

2 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕДАЧЕЙ В БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЯХ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА OFDMA

2.1 Варианты целевой функции.

2.2 Оптимизация для структуры кадра с частотным разнесением.

2.2.1 Описание структуры кадра и используемые обозначения.

2.2.2 Минимизация размера занимаемого ресурса.

2.2.2.1 Постановка задачи.

2.2.2.2 Оптимальное решение.

2.2.2.3 Эвристические алгоритмы.

2.2.3 Минимизация излучаемой мощности.

2.2.3.1 Постановка задачи.

2.2.3.2 Оптимальное решение.

2.2.3.3 Эвристические алгоритмы.

2.3 Оптимизация для структуры кадра с многопользовательским разнесением.

2.3.1 Описание структуры кадра и используемые обозначения.

2.3.2 Минимизация размера занимаемого ресурса.

2.3.2.1 Постановка задачи.

2.3.2.2 Оптимальное решение.

2.3.2.3 Эвристические алгоритмы.

2.3.3 Минимизация излучаемой мощности.

2.3.3.1 Постановка задачи.

2.3.3.2 Оптимальное решение.

2.3.3.3 Эвристические алгоритмы.

2.4 Выводы.

3 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИНИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ПЕРЕДАЧИ, ПРИ КОТОРОЙ УДОВЛЕТВОРЯЮТСЯ ТРЕБОВАНИЯ QOS

3.1 Особенности обработки блоков данных на уровне MAC в беспроводных сетях передачи данных.

3.2 Особенности обработки пакетов данных на физическом уровне в беспроводных сетях передачи данных на основе множественного доступа OFDMA.

3.3 Прямой канал.

3.3.1 Вариант обработки без использования повторной передачи, без использования контрольной суммы.

3.3.2 Вариант обработки без использования повторной передачи, с использованием контрольной суммы.

3.3.3 Вариант обработки с использованием повторной передачи.

3.4 Обратный канал.

3.4.1 Вариант обработки без использования повторной передачи, без использования контрольной суммы.

3.4.2 Вариант обработки без использования повторной передачи, с использованием контрольной суммы.

3.4.3 Вариант обработки с использованием повторной передачи.

3.5 ВЫВОДЫ.

4 АНАЛИЗ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ МЕТОДОМ МОДЕЛИРОВАНИЯ

4.1 Входные и выходные параметры моделирования.

4.2 Минимизация размера занимаемого ресурса для структуры кадра с частотным разнесением.

4.3 Минимизация излучаемой мощности для структуры кадра с частотным разнесением.

4.4 Минимизация размера занимаемого ресурса для структуры кадра с многопользовательским разнесением.

4.5 Минимизация излучаемой мощности для структуры кадра с многопользовательским разнесением.

4.6 Выводы.

Симулятор физического уровня.200

Симулятор системного уровня.203

ПРИЛОЖЕНИЕ Г ГРАФИКИ ЗАВИСИМОСТЕЙ ВЕРОЯТНОСТИ ОШИБКИ ПРИЁМА КОДОВОГО БЛОКА ОТ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ШУМ210

Введение

Актуальность темы

Конец 1990-х годов характеризуется бурным развитием и широкой популярностью систем сотовой связи 2G и 2.5G, пониманием необходимости увеличения скорости передачи данных и количества сервисов, предоставляемых пользователям беспроводных сетей, а также, высокой популярностью Internet. В рамках парадигмы развития глобальной системы высокоскоростной беспроводной связи, значительная роль была отведена системам фиксированного и мобильного высокоскоростного беспроводного доступа. К ним можно отнести современные беспроводные сети передачи данных по стандартам IEEE 802.16, HIPERMAN и WiBro. Ключевым является стандарт IEEE 802.16, а стандарты HIPERMAN и WiBro во многом его повторяют.

Стандарт IEEE 802.16 [62], [67] описывает требования к физическому уровню и уровню управления доступом к среде (MAC — media access control) для систем фиксированного и мобильного высокоскоростного беспроводного доступа. Стандарт вобрал в себя большинство ключевых современных технологий, такие как механизмы поддержки качества сервиса (QoS — quality of service), адаптивное кодирование и модуляцию, регулировку мощности, селективную и гибридную повторную передачу, технологию передачи данных на ортогональных по частоте поднесущих (OFDM -orthogonal frequency division multiplexing), а также множественный доступ с частотно-временным разделением (OFDMA — orthogonal frequency division multiple access). Это даёт широкие возможности для оптимизации беспроводных сетей передачи данных IEEE 802.16.

При оптимизации современных беспроводных сетей обязательно использование адаптивной передачи. Примерами адаптивной передачи являются регулировка мощности [145] и совместное назначение модности и скорости передачи [37]. Технология OFDM, впервые представленная в [142], добавила дополнительную степень свободы при адаптивной передаче. Так как условия приёма разные на разных поднесущих, то возможна адаптация отдельно по поднесущим [79].

Технология OFDM дала развитие множественному доступу OFDMA, который является очень хорошим решением для передачи мультимедийных данных, обеспечивая при этом требования QoS. Множественный доступ OFDMA предоставляет удобную возможность адаптивно выделять частотно-временной ресурс, назначать мощность передачи и схемы кодирования и модуляции сервисным потокам с разными требованиями QoS. При выделении частотно-временного ресурса, в множественном доступе OFDMA возможно два подхода: частотное разнесение и многопользовательское разнесение. Оба направлены на борьбу с частотно-селективным федингом.

При частотном разнесении все поднесущие одного региона псевдослучайно разносятся по всему спектру OFDM сигнала. Эта операция называется перемежением в частотной области. При наличии частотно-селективного фединга есть вероятность, что соседние поднесущие попадут в область существенных замираний. После частотного перемежения вероятность того, что все поднесущие одного региона, псевдослучайно разнесённые по всему спектру сигнала, попадут в область замираний, значительно уменьшается, что повышает помехоустойчивость передачи.

При использовании частотного разнесения условия приёма для конкретной пользовательской станции характеризуются средними по всему спектру сигнала условиями. Соответственно, при частотном разнесении можно использовать алгоритмы адаптивной передачи, разработанные для множественного доступа с временным разделением, например [82], [112].

Идея многопользовательского разнесения основана на том, что картина частотно-селективных замираний в частотной области у разных пользовательских станций разная, так как фединги у них независимые. При этом достаточно вероятна ситуация, при которой у одной пользовательской станции уровень сигнала группы поднесущих замер, а у другой эта же группа поднесущих наоборот усилена федингом. Если частота фединга достаточно низкая, то каждую группу поднесущих можно адаптивно назначать пользовательской станции с наилучшими текущими условиями приёма.

Оптимизации систем OFDMA с многопользовательским разнесением посвящено большое количество публикаций. Минимизация суммарного занимаемого частотно-временного ресурса проведена, например в [84], [13]. Максимизация пропускной способности приведена, например в [80], [149]. Минимизация суммарной излучаемой мощности рассмотрена, например в [97], [151]. Максимизация функции полезности представлена, например в [127], [12].

Популярным методом улучшения характеристик современных беспроводных сетей передачи данных является совместная оптимизация алгоритмов нескольких уровней системы, например алгоритмов физического уровня и уровня MAC. Это позволяет разрабатывать алгоритмы адаптации параметров передачи с учётом особенности обработки блоков данных сервисных потоков на физическом уровне и уровне MAC [127], [91]. При разработке алгоритмов, удовлетворяющих требованиям QoS, совместная оптимизация становится обязательной. Это утверждение можно обосновать следующим образом.

Блоки данных, поступающие с верхних уровней на уровень MAC, преобразуются в нём в пакеты данных с использованием операций упаковки и фрагментации. Набор пакетов данных перед передачей разбивается на кодовые блоки на физическом уровне, при этом каждый кодовый блок кодируется и декодируется независимо. Так как требования QoS предъявляются к потоку блоков данных, а передаются и принимаются кодовые блоки, то при разработке алгоритмов адаптивной передачи, удовлетворяющих требованиям QoS, учёт особенности обработки на физическом уровне и уровне MAC является обязательным.

Улучшение характеристик беспроводных сетей передачи данных достигается применением эффективных алгоритмов управления передачей, примером которых может служить адаптивная передача. При разработке алгоритмов управления передачей в беспроводных сетях передачи данных традиционно решают три задачи:

• Планирование передачи

• Управление ресурсом

• Размещение выделенных частотно-временных ресурсов в кадрах прямого и обратного каналов.

Так как кадры прямого и обратного каналов имеют ограниченный частотно-временной ресурс, то первая задача, которую нужно решить — это выбрать, сколько данных и из каких очередей передавать в текущих кадрах прямого и обратного каналов. Эта задача называется планированием передачи (scheduling).

Вторая задача, которая должна быть решена — это выбор вида кодирования и модуляции, которые будут использованы для передачи блоков данных каждого сервисного потока в текущих кадрах прямого и обратного каналов. Дополнительно может выбираться мощность передачи. Эта задача называется управлением ресурсом (radio resource control). Две её подзадачи называются, соответственно, адаптивным кодированием и модуляцией (АМС - adaptive modulation and coding) и регулировкой мощности (PC — power control). Вспомогательной задачей здесь является оценка текущих условий приёма и предсказание условий приёма на момент передачи.

После того, как для сервисного потока принято решение о количестве данных, которое будет передаваться в текущем кадре, а также о виде кодирования и модуляции, который будет при этом использоваться, известен размер частотно-временного ресурса, который должен быть выделен этому сервисному потоку в текущем кадре. Третья задача, которая должна быть решена - это выбор расположения выделенных частотно-временных ресурсов в кадрах прямого и обратного каналов. При частотном разнесении расположение не влияет на эффективность передачи и задача становится тривиальной, а при многопользовательском разнесении — оказывает существенное влияние на эффективность передачи. Решение третьей задачи расширяет требования к вспомогательной задаче второй задачи. Теперь, оценивать и предсказывать условия приёма необходимо для всех возможных расположений выделенных частотно-временных ресурсов.

Задачи планирования передачи и управления ресурсом с математической точки зрения являются задачами условной оптимизации, которые могут решаться как раздельно, так и совместно, в том числе и совместно с задачей размещения выделенных частотно-временных ресурсов в кадрах прямого и обратного каналов.

Примерами целевой функции оптимизации могут выступать следующие функции:

• Минимизация средней излучаемой за кадр мощности передачи

• Минимизация суммарного занимаемого в кадре частотно-временного ресурса.

В качестве условий, при которых осуществляется оптимизация, могут выступать следующие условия:

• Выполнение требований QoS

• Ограничение на максимальную излучаемую мощность.

Оптимальное решение поставленных задач условной оптимизации обладает экспоненциальной сложностью. Это связано с тем, что переменные, по которым осуществляется оптимизация, имеют смешанную область неопределённости — часть переменных, например излучаемая мощность, определена на непрерывном интервале значений, а часть, например вид кодирования и модуляции, принимает значения из дискретного набора. Кроме того, целевые функции (функции стоимости) и ограничения могут иметь достаточно сложный нелинейный вид. Это обусловило наличие большого количества эвристических итеративных алгоритмов решения поставленных задач.

Известные алгоритмы управления передачей в беспроводных сетях передачи данных 'на основе множественного доступа OFDMA обладают следующими существенными недостатками.

Все рассмотренные алгоритмы не учитывают особенностей обработки пакетов данных на уровне MAC и процедур преобразования блоков данных в пакеты данных. Также, не учитываются особенности приёма кодовых блоков при использовании технологии OFDM. Соответственно, они не могут обеспечивать выполнение требований QoS.

В беспроводных сетях передачи данных внутрисистемные помехи являются случайными. В ряде работ отмечено, что они плохо прогнозируемы. Вместе с тем, нет работ, в которых бы учитывался их случайный характер при разработке алгоритмов управления передачей.

Кроме того, в подавляющем большинстве работ не рассматривается такой эффективный механизм обеспечения низкого значения вероятности блоковой ошибки, как повторная передача.

Таким образом, задача управления передачей в беспроводных сетях передачи данных на основе множественного доступа OFDMA, обеспечивающих выполнение требований QoS, в настоящее время не решена.

Цель диссертации

Целью диссертации является повышение эффективности беспроводных сетей передачи данных на основе множественного доступа OFDMA за счёт использования новых алгоритмов управления передачей, обеспечивающих выполнение требований QoS.

Задачи, решаемые в работе

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих научных задач:

1. Разработать алгоритмы минимизации размера занимаемого при передаче частотно-временного ресурса кадра.

2. Разработать алгоритмы минимизации излучаемой при передаче мощности.

3. Разработать методику определения минимальной мощности передачи, при которой удовлетворяются требования QoS.

Методы исследования

В основу исследования положены методы статистической радиотехники, теории вероятностей и математической статистики, математические методы оптимизации, численные методы и методы компьютерного моделирования.

Научная новизна

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработаны алгоритмы минимизации размера занимаемого при передаче частотно-временного ресурса кадра, отличающиеся от известных алгоритмов перераспределением ресурса между кадрами прямого и обратного каналов и быстрой итеративной процедурой понижения скорости передачи сервисных потоков.

2. Разработаны алгоритмы минимизации излучаемой при передаче мощности, отличающиеся от известных алгоритмов быстрой итеративной процедурой увеличения скорости передачи сервисных потоков, а также, для многопользовательского разнесения, быстрыми эффективными процедурами размещения сервисных потоков в кадре и перестановки положений сервисных потоков в кадре.

3. Разработана методика определения минимальной мощности передачи, при которой удовлетворяются требования QoS, отличающаяся от известных методик тем, что впервые для решения этой задачи применён статистический подход, а также тем, что она применима для случая селективной повторной передачи.

Практическая ценность

Практическая ценность разработанных итеративных алгоритмов минимизации размера занимаемого при передаче частотно-временного ресурса и минимизации суммарной излучаемой при передаче мощности заключается в том, что они не требуют больших вычислительных затрат и, поэтому, могут быть использованы в реальных беспроводных сетях передачи данных. Вместе с тем они достигают высоких значений пропускной способности, близких к верхней границе, рассчитанной теоретически.

Предлагаемые в диссертации итеративные алгоритмы, в отличие от классических алгоритмов оптимизации, построены специально для решения поставленных задач. Поэтому, они обладают существенно меньшей вычислительной сложностью.

Моделирование разработанных алгоритмов на симуляторе системного уровня на обычном персональном компьютере занимает приемлемое время. Это позволяет утверждать, что их реализация на существующих процессорах реального времени, применяемых в оборудовании современных беспроводных сетей, будет работоспособна. В настоящее время ведётся работа по реализации разработанных алгоритмов в прототипе беспроводной сети передачи данных.

Все разработанные алгоритмы обеспечивают выполнение требований QoS, причём произвольного набора значений трёх требований, включая максимальную вероятность ошибки передачи блока данных, максимальную среднюю задержку передачи блока данных и минимальную среднюю скорость передачи блоков данных. Это позволяет передавать с их использованием любой из известных автору типов трафика.

Внедрение результатов

Алгоритмы управления передачей, разработанные в диссертации, использованы в разработках ФГУП ВНИИС, что подтверждено соответствующим актом о внедрении по теме ОКР «Созвездие - М — MP 1».

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на:

1. 10-ой международной конференции Wireless World Research Forum Meeting, 27-28 октября 2003, Нью Йорк, США (1 доклад)

2. 11-ой международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация связь», 12-14 апреля 2005, Воронеж, Россия (4 доклада)

3. 61-ой международной конференции IEEE Vehicular Technology Conference, 30 мая - 1 июня 2005, Стокгольм, Швеция (1 доклад)

4. 16-ой международной конференции IEEE International Symposium on Personal Indoor and Mobile Radio Communications, 11-14 сентября 2005, Берлин, Германия (1 доклад)

5. Международной конференции European Conference on Wireless Technology, 3-4 октября 2005, Париж, Франция (1 доклад).

Публикации

Автор диссертации является соавтором 3 журнальных статей, 8 статей на международных конференциях, а также 3 патентов.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения, списка использованной литературы и четырёх приложений. В первом разделе представлен обзор известных алгоритмов управления передачей в беспроводных сетях передачи данных и проведён их анализ. Во втором разделе проведена разработка алгоритмов управления передачей в беспроводных сетях передачи данных. В третьем разделе разработана методика определения минимальной мощности передачи, при которой удовлетворяются требования QoS. В четвёртом разделе проведён анализ характеристик разработанных алгоритмов методом компьютерного моделирования с использованием симулятора физического уровня и симулятора системного уровня.

4.6 Выводы

При решении задач минимизации размера занимаемого ресурса и минимизации излучаемой мощности для структуры кадра с частотным разнесением и с многопользовательским разнесением целевая функция обладает достаточно сложной формой и достаточно сложной областью определения, определяемой накладываемыми условиями. Во всех случаях целевая функция имеет несколько условных минимумов.

Разные разработанные алгоритмы соответствуют разным траекториям движения от начальной точки минимизации к разным локальным минимумам целевой функции. Соответственно, разные алгоритмы достигают разные результаты. В табл. 1 приведены результаты, достигаемые при решении разных задач минимизации.

Заключение

В настоящей диссертации, посвящённой разработке алгоритмов управления передачей в беспроводных сетях передачи данных на основе множественного доступа OFDMA, получено 3 научных результата:

1. Разработаны алгоритмы минимизации размера занимаемого при передаче частотно-временного ресурса кадра для частотного и многопользовательского разнесения, заключающиеся в итеративном поиске локального минимума суммарного занимаемого ресурса. Они отличаются от известных алгоритмов перераспределением ресурса между кадрами прямого и обратного каналов и быстрой итеративной процедурой понижения скорости передачи сервисных потоков.

2. Разработаны алгоритмы минимизации излучаемой при передаче мощности для частотного и многопользовательского разнесения, заключающиеся в итеративном поиске локального минимума суммарной излучаемой мощности. Они отличаются от известных алгоритмов быстрой итеративной процедурой увеличения скорости передачи сервисных потоков, а также, для многопользовательского разнесения, быстрыми эффективными процедурами размещения сервисных потоков в кадре и перестановки положений сервисных потоков в кадре.

3. Разработана методика определения минимальной мощности передачи, при которой удовлетворяются требования QoS, заключающаяся в статистическом усреднении вероятности ошибки приёма блока данных или задержки передачи блока данных. Она отличается от известных методик тем, что впервые для решения этой задачи применён статистический подход, а также тем, что она применима для случая селективной повторной передачи.

Все разработанные алгоритмы, помимо оптимизации своих целевых функций, ' обеспечивают выполнение требований QoS. Они достигают достаточно высоких значений пропускной способности беспроводной сети передачи данных при приемлемых вычислительных затратах. В частности, разработанные алгоритмы управления передачей достигают спектральной эффективности порядка 1 бит/с/Гц для структуры кадра с частотным разнесением и 2.5 бит/с/Гц для структуры кадра с многопользовательским разнесением в сотовой беспроводной сети передачи данных с тремя секторами на соту и коэффициентом повторного использования частоты 3, при радиусе соты порядка 1000 м.

1. Пат. № 2262198 РФ. Способ передачи сигнала и устройство для его реализации / Гармонов А.В., Филин С.А., Савинков А.Ю. № 2004114907 ; заяв. 18.05.2004.

2. Стандарт IEEE 802.16 : история создания и перспективы развития / А.В. Гармонов и др. // Мобильные системы. 2005. - № 6. - С. 40-45.

3. Технический обзор стандарта IEEE 802.16 / А.В. Гармонов и др. // Мобильные системы. 2005. - № 11. - С. 16 - 24.

4. Ю.Технология OFDM и варианты множественного доступа на её основе / А.В. Гармонов и др. // Мобильные системы. 2005. - № 10. - С. 12-18.

5. A network-assisted resource allocation algorithm for throughput maximization and QoS provisioning in wireless data networks / K. Chawla et al. // WCNC 2000-IEEE Wireless Communications and Networking Conference , September 2000.-N. l.-P. 952-957.

6. A utility-approached radio resource allocation algorithm for downlink in OFDMA cellular systems / L. Т.Н. Lee et al. // Proc. IEEE Veh. Technol Conf. (VTC 2005 Spring).

7. Acena M. A spectrally efficient method for subcarrier and bit allocation in OFDMA / M. Acena, S. Pfletschinger // Proc. IEEE Veh. Technol Conf. (VTC 2005 Spring). s.l., 2005. - P. 237-241.

8. Adaptive C-OFDM system at 30 GHz for the last mile wireless broadband access to interactive services / V. Tralli et al. // ICC 1998 IEEE International Conference on Communications. - 1998.-N. l.-P. 1314-1319.

9. Adaptive OFDMA Subcarrier Assignment for QoS Guaranteed Services / Xu Guoxin et al. // IEEE VTC. 2005. - Spring.

10. Adaptive time and frequency resource assignment with COFDM for LMDS systems / V. Tralli et al. // IEEE Transactions on Communications. — 2001. — Vol. 49, N. 2.-P. 235-238.

11. Adaptive tracking of optimal bit and power allocation for OFDM systems in time-varying channels / Sai Kit Lai et al. // WCNC 1999 IEEE Wireless Communications and Networking Conference, September 1999. - 1999. — N 1. — P. 776-780.

12. Aein J.M. Power balancing in systems employing frequency reuse / J. M. Aein // COMSAT Tech. Rev. 1973. - Vol. 3, N. 2. - P. 34-45.

13. Alamouti S.M.Adaptive trellis-coded multiple-phased shift keying for Rayleigh fading channels / S. M. Alamouti, S. Kallel // IEEE Trans. Commun. 1994. -Vol. 42.-P. 2305-2314.

14. Alouini M.-S. Adaptive modulation over Nakagami fading channels / M.-S. Alouini, A. J. Goldsmith // J. Wireless Commun. 2000. - P. 119-143.

15. An adaptive multicarrier wireless access system / N. Vogiatzis et al. // WCNC 2000 IEEE Wireless Communications and Networking Conference. - 2003. — N. l.-P. 298-303.

16. An investigation of dynamic sub-carrier allocation in OFDMA systems / Y. Peng . et al. // IEEE VTC. 2005. - Spring.

17. Bingham J.A.C. Multicarrier modulation for data transmission : an idea whose time has come / J.A.C. Bingham // IEEE Communication Magazine. 1990. — Vol. 28,-P. 5-14.

18. Bock F. Assignment of transmitter power control by linear programming / F. Bock, B. Ebstein // IEEE Trans. Electromagn. Compat. 1964. - Vol. EMC-6. — P. 36.

19. Broadband wireless access / W. Honcharenko et al. // IEEE Communications Magazine. 1997. - Vol. 35, N. 1. - P. 20-26.

20. Broadband wireless access technology and standards, 9 November 1998, Available online / R. Marks et al. (http://nwest.nist.gov/mtg2.htmn.

21. Campello J. Practical bit loading for DMT / J. Campello // IEEE ICC '99. 1999. -P.801-805.

22. Capacity Analysis Considering Channel Resource Overhead for Mobile Internet Access(WiBro) / R. Lee et al. // VTC. 2005. - Spring.

23. Cavers J.K. Variable-rate transmission for Rayleigh fading channels / J.K. Cavers // IEEE Trans. Commun. 1972. - Vol. COM-20. - P. 15-22.31.cdma2000 Evaluation Methodology, 3GPP2 Contribution C.P1002-C-0, Sep. 23, 2004.

24. Centralized power control in cellular radio systems / S.A. Grandhi et al. // IEEE Transactions on Vehicular Technology. — 1993. — Vol. 42, Is. 4. P. 466-468.

25. Chang R.W. A theoretical study of performance of an orthogonal multiplexing data transmission scheme / R.W. Chang, R. A. Gibby // IEEE Trans. Communication Technology. 1968. - Vol. COM-16. - P. 529-540.

26. Chang R.W. Synthesis of band-limited orthogonal signals for multichannel data transmission / R.W. Chang // Bell Syst. Tech. J. 1966. - Vol. 45. - P. 17751796.

27. Chawla K. Quasi-static resource allocation with interference avoidance for fixed wireless systems / K. Chawla, X. Qiu // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 1999. - Vol. 17, N. 3. - P. 493-504.

28. Chow P.S. A practical discrete multitone transceiver loading algorithm for data transmission over spectrally shaped channels / P.S. Chow, J.M. Cioffi, J.A.C. Bingham // IEEE Trans. Commun. 1995. - Vol. 48. - P. 772-775.

29. Chung S.T. Degrees of freedom in adaptive modulation: a unified view / S. T. Chung, A. J. Goldsmith // IEEE Trans. Commun. 2001. - Vol. 49. - P. 1561571.

30. Chua S.G. Adaptive coded modulation for fading channels / S.G. Chua, A. Goldsmith // IEEE Trans. Commun. 1998. - Vol. 46. - P. 595-602.

31. Chua S.G. Variable-rate variable-power MQAM for fading channels / S.G. Chua, A. Goldsmith // 46th Vehicular Technology Conf. Piscataway. NJ, 1996. - P. 815-819.

32. Chua S.G. Adaptive coded modulation / S.G. Chua, A. Goldsmith // ICC'97 Conf. Rec., June 1997.-P. 1035-1041.

33. Chuang J. Beyond 3G : wideband wireless data access based on OFDM and dynamic packet assignment" / J. Chuang, N. Sollenberger // IEEE Communications Magazine. 2000. - Vol. 38, N. 7. - P. 78-87.

34. Collins Radio Company : General Catalog. 1959. - P. 67-70.

35. Czylwik A. Adaptive OFDM for wideband radio channels / A. Czylwik // Proc. Globecom. London, U.K. London, 1996. - P. 713-718.

36. Danesh M. Fixed low-frequency broadband wireless access radio systems" / M. Danesh, J.-C. Zuniga, F. Concilio // IEEE Communications Magazine. — 2001. — Vol. 39,N. 9.-P. 134-138.

37. Dardari D. Ordered subcarrier selection algorithm for OFDM-based high-speed WLANs / D. Dardari // IEEE Transactions on Wireless Communications. — 2004. -Vol. 3, N. 5.-P. 1234-1243.

38. Distributed dynamic resource allocation for multicell SDMA packet access networks / R. Veronesi et al. // ICC 2004 IEEE International Conference on Communications. - 2004. - Vol. 27, N. 1. - P. 202-207.

39. Distributed dynamic resource allocation with power shaping for multicell SDMA packet access networks / R. Veronesi et al. // WCNC 2004 IEEE Wireless

40. Communications and Networking Conference. 2004. - Vol. 5, N. 1. - P. 25192524.

41. Ensemble modem structure for imperfect transmission media : US patent 4 679 227 / D. Hughes-Hartogs ; filed May 20, 1985 ; issued July 7, 1987.

42. Fischer R.F.H. A new loading algorithm for discrete multitone transmission / R.F.H. Fischer, J.B. Huber // Proc. Globecom. London, U.K.: IEEE. London, 1996.-P. 125-131.

43. Fixed broadband wireless access: State of the art, challenges, and future directions / H. Bolcskei et al. // IEEE Communications Magazine. 2001. - Vol. 39, N. 1. -P. 100-108.

44. Fuji T. Reduction of cochannel interference in cellular systems by intra-zone channel reassignment and adaptive transmitter power control / T. Fuji, M. Sakamoto // Proc. IEEE Veh. Technol. Con&. 1988. - P. 668-672.

45. Gallager R.G. Information Theory and Reliable Communication / R.G. Gallager // Wiley.-NY, 1968.-P. 634.

46. Goldsmith A.J. Variable-rate, variable-power MQAM for fading channels / A.J. Goldsmith, S.G. Chua // IEEE Trans. Commun. 1997. - Vol. 45. - P. 12181230.

47. Goldsmith A.J. Capacity of fading channels with channel side information / A.J. Goldsmith, P. Varaiya // IEEE Trans. Inform. Theory. 1997. - Vol. 43. - P. 1986-1992.

48. Guidelines for Evaluation of Radio Transmission Technologies for IMT-2000 : Recommendation ITU-R M.1225. 1997.

49. Hanzo L. Single- and Multi-Carrier Quadrature Amplitude Modulation. Chichester / L. Hanzo, W. Webb, T. Keller. Wiley ;IEEE Press, 1999.

50. Hanzo L. Single and Multi-Carrier Quadrature Amplitude Modulation / L. Hanzo,W.T.Webb, T. Keller. New York : Wiley-IEEE Press, 2000.

51. Hayes J.F. Adaptive feedback communications / J. F. Hayes // IEEE Trans. Commun. Technol. 1968. - Vol. COM-16. - P. 29-34.

52. IEEE standard for Wireless LAN Medium Access Control and Physical Layer specifications : ANSI/IEEE Standard 802.11, 1999.

53. IEEE standard for Wireless LAN Medium Access Control and Physical Layer specifications : higher-speed physical layer extension in the 2.4 GHz band, IEEE Standard 802.11b, 1999.

54. IEEE Standard 802.16-2004 ; IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks. — Part 16 : Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, October 1, 2004.

55. IEEE Standard 802.16.2-2004 , IEEE Recommended Practice for Local and Metropolitan Area Networks — Coexistence of Fixed Broadband Wireless Access Systems, March 17, 2004.

56. IEEE Standard 802.16/ConformanceO 1-2003 : IEEE Standard for Conformance to IEEE 802.16 Part 1 : Protocol Implementation Conformance Statement (PICS) Proforma for 10-66 GHz WirelessMAN-SC Air Interface, August 18, 2003.

57. IEEE Standard 802.16/Conformance02-2003, IEEE Standard for Conformance to IEEE 802.16 Part 2 : Test Suite Structure and Test Purpose (TSS&TP) for 10-66 GHz WirelessMAN-SC Air Interface, February 25, 2004.

58. IEEE Standard 802.16/Conformance03-2004: IEEE Standard for Conformance to IEEE 802.16 Part 3 : Radio Conformance Tests (RCT) for 10-66 GHz WirelessMAN-SC Air Interface, June 25, 2004.

59. IEEE Project P802.16f, Draft Amendment to IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Part 16 : Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems - Management Information Base, Draft 1, September 30, 2004.

60. Jiang Zh. Li Max-Utility Wireless Resource Management for Best-Effort Traffic / Zh. Jiang, Ye Ge, Ye (Geoffrey) Li // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2005. - Vol. 4, N. 1. - P. 100-111.

61. Joint channel-aware and queue-aware data scheduling in multiple shared wireless channels / Song G. et al. // WCNC 2004 IEEE Wireless Communications and Networking Conference. - 2004. - Vol. 5, N. 1. - P. 1922-1927.

62. Joint fragment size, transmission rate, and request-to-send/clear-to-send threshold optimization for the IEEE 802.11b distributed coordination function / A.V. Garmonov et al. // IEEE VTC 2005 Spring, 30 мау-l june 2005. Stockholm, 2005. - P. 342-346.

63. Joint fragment size and transmission rate optimization for request-to-send/clear-to-send mechanism of IEEE 802.11b distributed coordination function / A.V. Garmonov et al. // IEEE PIMRC 2005, 11-14 sept. 2005, Berlin. Berlin, 2005. -P. 213-217.

64. Joint fragment size and transmission rate optimization for basic access mechanism of IEEE 802.11b distributed coordination function / S.A. Filin et al. // ECWT 2005, 3-4 oct. 2005, Paris. Paris, 2005. - P. 54-59.

65. Kalet I. The multitone channel / I. Kalet // IEEE Tran. Commun. — 1989. — Vol. 37.-P. 119-124.

66. Keller T. Blind-detection assisted sub-band adaptive turbo-coded OFDM schemes / T. Keller, L. Hanzo // Proc. VTC, Houston, TX, June 1999. Houston, 1999. -P. 489-493.

67. Keller Т. Adaptive Multicarrier Modulation: A Convenient Framework for Time Frequency Processing in Wireless Communications / T. Keller, L. Hanzo // IEEE Proc. 2000. - Vol. 88. - P. 611-640.

68. Keller T. Adaptive orthogonal frequency division multiplexing schemes / T. Keller, L. Hanzo // Proc. ACTS Summit, Rhodos, Greece, June 1998. — Rhodos, 1998.-P. 794-799.

69. Keller T. Adaptive modulation techniques for duplex OFDM transmission / T. Keller, L. Hanzo // IEEE Trans. Veh. Technol. 2000. - Vol. 49. - P. 1893-1906.

70. Kivanc D. Computationally efficient bandwidth allocation and power control for OFDMA / D. Kivanc, G. Li, Hui Liu // IEEE Trans. Wireless Commun. 2003. -Vol. 2,N. 6.-P. 1150-1158.

71. Koutsopoulos I. The impact of space division multiplexing on resource allocation: A unified approach / I. Koutsopoulos, T. Ren, L. Tassiulas // IEEE INFOCOM 2003 : The Conference on Computer Communications. 2003. - Vol. 22, N. 1. — P. 533-543.

72. Koutsopoulos I. Channel state-adaptive techniques for throughput enhancement in wireless broadband networks / I. Koutsopoulos, L. Tassiulas // Proc. IEEE Int. Conf. Comput. Commun. (INFOCOM 2001), Apr. 2001. 2001. - N 1. - P. 757766.

73. Koutsopoulos I. Adaptive resource allocation in SDMA-Based wireless broadband networks with OFDM Signaling / I. Koutsopoulos, L. Tassiulas // IEEE INFOCOM 2002 : The Conference on Computer Communications, June 2002. -2002.-Vol. 21, N. l.-P. 1376-1385.

74. Koutsopoulos I. Carrier assignment algorithms in wireless broadband networks with channel adaptation / I. Koutsopoulos, L. Tassiulas // Proc. IEEE Int. Conf. Commun. (ICC 2001), June 2001.-2001.-N. l.-P. 1401-1405.

75. Kwon H. Low-Overhead Resource Allocation with Load Balancing in Multi-cell OFDMA Systems / H. Kwon, Won-Ick Lee, B. Gi Lee // IEEE VTC. 2005.

76. Langston 1. Broadband Wireless Standards : What Systems Need to be Addressed and What Should be Standardized / Leland Langston // N- WEST Broadband Wireless Standards Meeting, 9 November 1998. Albuquerque, 1998.

77. Lau V.K.N. Variable rate adaptive trellis coded QAM for high bandwidth efficiency applications in Rayleigh fading channels / V.K.N. Lau, M.D. Macleod // Proc. IEEE Vehicular Technology Conf. 1998. - P. 348-352.

78. Leung K.K. Dynamic Allocation of Downlink and Uplink Resource for Broadband Services in Fixed Wireless Networks / K.K. Leung, A. Srivastava // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. — 1999. Vol. 17, N. 5. - P. 990-1006.

79. Li G. Dynamic resource allocation with finite buffer constraint in broadband OFDMA networks / G. Li, H. Liu // WCNC 2003 IEEE Wireless Communications and Networking Conference. - 2003. Vol. 4, N. 1. - P. 10371042.

80. Liu Q. Cross-layer combining of adaptive modulation and coding with truncated ARQ over wireless links / Q. Liu, S. Zhou, G.B. Giannakis // IEEE Trans. Wireless Commun. 2004. - Vol. 3, N. 5. - P. 512-523.

81. Marks R.B. IEEE 802 perspectives / R.B. Marks // IEEE Network. 1999. - Vol. 13, N. 2.-P. 4-5.

82. Marks R.B. IEEE Takes On Broadband Wireless, EE / R.B. Marks // Times. -2001. -N 1169. P. 78-108.

83. Marks R. N-WEST : The National Wireless Electronic Systems Testbed / R. Marks // IEEE 802 : Plenary Meeting, Albuquerque, NM, November 9, 1998. -Albuquerque, 1998.

84. Marks R.B., Proposal for Executive Committee Study Group on Broadband Wireless Access / R.B. Marks' // IEEE 802 : Executive Committee Meeting, Albuquerque, NM, November 12, 1998. Albuquerque, 1998.

85. Mosier R.R. Kineplex, a bandwidth efficient binary transmission system b / R.R. Mosier, R.G. Clabaugh // AIEE Transactions. 1958. - Vol. 76. - P. 723-728.

86. Multiuser OFDM with adaptive subcarrier, bit, and power allocation / Ch. Yui Wong et al. // IEEE J. Select. Areas Commun. 1999. - Vol. 17, N. 10. - P. 1747-1758.

87. Nettleton R.W. Power control for spread-spectrum cellular mobile radio system / R. W. Nettleton, H. Alavi // Proc. IEEE Veh. Technol. Con&. 1983. - P. 242246.

88. Nettleton R.W. Traffic theory and interference management for a spread spectrum cellular radio system / R. W. Nettleton // Proc. ICC-80. Seattle, WA, 1980.-P. 654-659.

89. Nettleton R.W. Downstream power control for spread-spectrum cellular mobile radio system / R. W. Nettleton, H. Alavi // Proc. Globecom'82. — Miami, FL, 1982.-P. 437-444.

90. Network-assisted resource management for wireless data networks, Selected Areas in Communications / X. Qiu et al. // IEEE Journal on . 2001. — Vol. 19, Is. 7.-P. 1222-1234.

91. Nordbotten A. LMDS systems and their application / Agne Nordbotten // IEEE Communications Magazine. 2000. - Vol. 38, N. 6. - P. 150-154.

92. On the capacity comparison of multi-user access techniques for fourth generation cellular TDD OFDM-based systems / P. Bisaglia et al. // IEEE VTC.- 2005. Spring.

93. Otsuki S. Square-QAM adaptive modulation /TDMA /TDD systems using modulation level estimation with Walsh function / S. Otsuki, S. Sampei, N. Morinaga // Electron. Lett. 1995. - Vol. 31. - P. 169-171.

94. Palmer D. BWA Standardization : A European View, Tutorial Session / D. Palmer, R. Germon, D. Evans // N-WEST, Albuquerque, November 9th 1998. -Albuquerque, 1998.

95. PER-prediction for PHY mode selection in OFDM communication systems / M. Lampe et al. // Proc. IEEE Global Telecommun. Conf. (GLOBECOM 2003).- 2003. Vol. 22, No. 1. - P. 25-29.

96. Perez-Romero J. On Evaluating Beyond 3G Radio Access Networks : Architectures, Approaches and Tools / J. Perez-Romero, O. Salient, R. Agusti // VTC.-2005 Spring.

97. Performance analysis of a time division duplex broadband fixed wireless access system in the 5 GHz U-NII Bands. / D.T. Chen et al. // VTC. 2005. -Spring.

98. Performance analysis of IEEE802.16 based cellular MAN with OFDM-256 in mobile scenarios / C.F. Ball et al. // VTC. 2005. - Spring.

99. Performance enhancement of joint adaptive modulation, coding and power control using cochannel-interferer assistance and channel reallocation / M.H. Ahmed et al. // Proc. Wireless Commun. Networking Conf. (WCNC 2003) -2003.-Vol. 4,N. l.-P. 306-310.

100. Performance of modulation-level-controlled adaptive-modulation under limited transmission delay time for land mobile communications / Y. Kamio et al. // Proc. IEEE VTC'95, July 1995. P. 221-225.

101. Porter G.C. Error distribution and diversity performance of a frequency differential PSK HF modem / G.C. Porter // IEEE Transactions on Communications. 1968. - Vol. COM-16. - P. 567-575.

102. Qiu X. Resource assignment in a fixed broadband wireless system / X. Qiu, K. Chawla // IEEE Communications Letters. 1997. - Vol. 1, N. 4. - P. 108-110.

103. Qiu X.On the Performance of Adaptive Modulation in Cellular Systems / X. Qiu, K. Chawla // IEEE Transactions on Communications. — 1999. Vol. 47, N. 6.-P. 884-895.

104. Qiu X. Link Adaptation in Wireless Data Networks for Throughput Maximization under Retransmissions / X. Qiu, J. Chuang // Proceedings of ICC '99. 1999. - Vol. 2. - P. 1272-1277.

105. Radio Resource Allocation in Fixed Broadband Wireless Networks / Т.К. Fong et al. // IEEE Transactions on Communications. 1998. - Vol. 46, N. 6. - P. 806-818.

106. Rohling H. Peformance of an OFDM-TDMA mobile communication system / H. Rohling, R. Griiheid // Proc. Globecom. London, 1996. - P. 1589-1593.

107. Rosenberg A.N. Simulation of power control and voice-channel selection in cellular systems / A. N. Rosenberg // Proc. IEEE Veh. Technol. Conf. 1985. — P. 765-771.

108. Schellenberg J. Status and Evolution of the BWA Marketplace / J. Schellenberg // IEEE 802 Plenary Meeting, Albuquerque, NM, November 9, 1998. -Albuquerque, 1998.

109. Shannon C.E. Communication in the presence of noise / С. E. Shannon // Proc. IRE. 1949. - Vol. 37. - P. 10-21.

110. Shen S. Generalized Scheduling Algorithm with Differentiated QoS Provisioning for Multimedia CDMA Cellular Networks / S. Shen, C.J. Chang // IEEE Vehicular Technology Conference (VTC 2004-Spring), May 2004. 2004. -P. 675-682.

111. Sonalkar R.V. An efficient bit-loading algorithm for DMT applications / R.V. Sonalkar, R.R. Shively // IEEE Commun. Lett. 2000. - Vol. 4, N. 3. - P. 345347.

112. Song G. Adaptive resource allocation based on utility optimization in OFDM, GLOBECOM 2003 / G. Song, Ye Li // IEEE Global Telecommunications Conference. 2003. - Vol. 22, N. 1. - P. 586-590.

113. Song G. Cross-Layer Optimization for OFDM Wireless Networks. Part I : Theoretical Framework / G. Song, Ye (Geoffrey) Li // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2005. - Vol. 4, N. 2. - P. 614-624.

114. Song G. Cross-Layer Optimization for OFDM Wireless Networks. Part II : Algorithm Development / G. Song, Ye (Geoffrey) Li // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2005. - Vol. 4, N. 2. - P. 625-634.

115. Song G. Utility-based joint physical-MAC layer optimization in OFDM / G. Song, Ye Li // GLOBECOM 2002 IEEE Global Telecommunications Conference, November 2002.-2002. - Vol. 21, N. 1. - P. 680-684.

116. Steele R. Variable rate QAM for data transmission over Rayleigh fading channels / R. Steele and W. Webb // Wireless. Calgary, 1991. - P. 1-14.

117. Symbol rate and modulation level controlled adaptive modulation/TDMA/TDD for personal communication systems / H. Matsuoka et al. // Proc. IEEE VTC'96.- 1996.-Apr.-P. 487-491.

118. System level simulator for performance evaluation of IEEE standard 802.16a wireless metropolitan area networks / H. W. Lee et al. // 10th WWRF Meeting, 27-28 oct. 2003, NY. NY, 2003. - P. 159-170.

119. Tee A. Link-system interface simulation methodologies. Online. / A. Tee, S. Yoon, J. Cleveland. (June 29, 2004) // Available. (http://ieee802.org/20/Contribs/C802.20-04-67.ppt.)

120. Torrance J.M. Interference aspects of adaptive modems over slow Rayleigh fading channels / J.M. Torrance, L.Hanzo, T. Keller // IEEE Trans. Veh. Technol.- 1999. Vol. 48. - P. 1527-1545.

121. Tralli V. Resource allocation with power-shaping in fixed broadband wireless access systems / V. Tralli, R. Veronesi, M. Zorzi // GLOBECOM 2002 IEEE Global Telecommunications Conference. - 2002. - Vol. 21, N. 1. - P. 797-802.

122. Tralli V. Power-Shaped Advanced Resource Assignment (PSARA) for Fixed Broadband Wireless Access Systems / V. Tralli, R. Veronesi, M. Zorzi // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2004. - Vol. 3, N. 6. - P. 10241033.

123. Tschirks W. Effect of transmission power control on the cochannel interference in cellular radio networks / W. Tschirks // Elektrotechnik Inform. — 1989. Vol. 106, N. 5.-P. 258-264.

124. Ue, T. Symbol rate and modulation level controlled adaptive modulation / TDMA / TDD for personal communication systems / T. Ue, S. Sampei, N. Morinaga // Proc. IEEE VTC'95. 1995. - P. 306-310.

125. Urgency and Efficiency based Wireless Downlink Packet Scheduling Algorithm in OFDMA System / S. Ryu et al. // IEEE VTC. 2005. - Spring.

126. Vucetic B. An adaptive coding scheme for time-varying channels / B. Vucetic // IEEE Trans. Commun. 1991. -Vol. 39. - P. 653-663.

127. Webb W. Broadband fixed wireless access as key component of the future integrated communications environment / W. Webb // IEEE Communications Magazine. 2001. - Vol. 39, N. 9. - P. 115-121.

128. Webb W.T. Variable rate QAM for mobile radio / W.T. Webb, R. Steele // IEEE Trans. Commun. 1995. - Vol. 43. - P. 2223-2230.

129. Weinstein S.B. Data transmission by frequency-division multiplexing using the discrete Fourier transform / S.B. Weinstein, P.M. Ebert // IEEE Trans. Commun. Technol. 10971. - Vol. 19, N. 5. - P. 628-634.

130. Yin H. An efficient multiuser loading algorithm for OFDM-based broadband wireless systems / H. Yin, H. Liu // GLOBECOM 2000 IEEE Global Telecommunications Conference. - 2000. — N. 1. - P. 103-107.

131. Yu W. On constant power water-filling / W. Yu and J. M. Cioffi // Proc. IEEE Int. Conf. Communications. -2001. P. 1665-1669.

132. Zander J. Performance of optimum transmitter power control in cellular radio systems / J. Zander // IEEE Trans. Veh. Technol. 1992. - Vol. 41. - P. 57-62.

133. Zander J. Comment on Performance of optimum transmitter power control in cellular radio systems / J. Zander, M. Frodigh // Vehicular Technology, IEEE Transactions. 1994. - Vol. 43, Is. 3. - P. 636.

134. Zander J. Distributed cochannel interference control in cellular radio systems / J. Zander // IEEE Transactions on Vehicular Technology. — 1992. Vol. 41, N. 3. -P. 1057-1071.

135. Zhang Y. Multiuser subcarrier and bit allocation along with adaptive cell selection for OFDM transmission, ICC 2002 / Y. Zhang, K.B. Letaief // IEEE International Conference on Communications . — 2002. Vol. 25, N. 1. - P. 861865.

136. Zhang Y. J. Multiuser adaptive subcarrier-and-bit allocation with adaptive cell selection for OFDM systems / Y.J. Zhang, K.B. Letaief // IEEE Trans. Wireless Commun. 2004. - Vol. 3, N. 5. - P. 1566-1575.

137. Zhang Y.J. Multiuser Adaptive Subcarrier-and-Bit Allocation With Adaptive Cell Selection for OFDM Systems"/ Y.J. Zhang, K.B. Letaief // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2004. — Vol. 3, N. 5. - P. 456-468.

138. Zhang Y.J. Adaptive resource allocation and scheduling for multiuser packet-based OFDM networks / Y.J. Zhang, K.B. Letaief // IEEE Int. Conf. Commun. (ICC 2004). 2004. - Vol. 27, N. 1. - P. 2949-2953.

139. Zimmerman M.S. The AN/GSC-10 (KATHRYN) variable rate data modem for HF radio / M.S. Zimmerman, A.L. Kirsch // IEEE Transactions on Communications. 1967. - Vol. COM-15. - P. 197-205.