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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79404
Tipo: | Dissertação |
Título: | Optimization of frequency resources and transmit power for 4G and 5G networks with qos constraints |
Título em inglês: | Optimization of frequency resources and transmit power for 4G and 5G networks with qos constraints |
Autor(es): | Braga Júnior, Iran Mesquita |
Palavras-chave em português: | 4G;5G;QoS;Sistemas celulares;Alocação de recursos de rádio |
Palavras-chave em inglês: | 4G;5G;QoS;Cellular systems;Radio resource allocation |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS |
Data do documento: | 2019 |
Citação: | BRAGA JUNIOR, Iran Mesquita. Optimization of frequency resources and transmit power for 4G and 5G networks with qos constraints. 2019. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e de Computação), Universidade Federal do Ceará, Campus de Sobral, 2019. |
Resumo: | Os sistemas celulares atuais são capazes de fornecer vários serviços de dados além do tradicional serviço de chamada de voz, tornando-se extremamente populares em todo o mundo. Como consequência dessa popularidade, o tráfego de dados nessas redes têm aumentado de modo considerável nos últimos anos e tende a aumentar ainda mais nos próximo anos. Atualmente, existe uma enorme expectativa pela implementação da quinta geração (5G) das comunicações móveis, uma vez que esses sistemas deverão alcançar elevadas taxas de dados e prover conexão a uma grande quantidades de dispositivos. Contudo, os sistemas de quarta geração (4G) terão um importante papel nos sistemas de comunicações móveis até que o 5G esteja completamente difundido. Assim, pelo menos nos próximos anos, haverá a necessidade de desenvolver métodos que visam melhorar as atuais redes 4G, assim como lidar com os novos requerimentos das redes 5G. Para alcançar altas taxas de dados, as redes 4G têm aplicado várias melhorias na rede de acesso de rádio. Para os sistemas LTE-A (do inglês Long Term Evolution - Advanced), umas dessas melhorias foi a adoção do esquema de múltiplo acesso por divisão de frequências ortogonais ou OFDMA (do inglês, Orthogonal Frequency Division Multiple Access) e do esquema de múltiplo acesso por divisão de frequências com portadora única ou SC-FDMA (do inglês, Single Carrier - Frequency Division Multiple Access) para o enlace direto e reverso das rede móveis, respectivamente. Por outro lado, redes 5G deverão lidar com um conjunto de novos casos de uso que requerem novas abordagens, tais como FD (do inglês, Full-Duplex), massive MIMO (do inglês, Multiple Input Multiple Output) e ondas milimétricas ou mmWave (do inglês, millimeter Wave). FD surge como uma tecnologia promissora, uma vez que tem o potencial de duplicar a capacidade do sistema sem a necessidade de aumentar a banda do sistema. Além disso, RRA (do inglês, Radio Resource Allocation) é uma funcionalidade crucial em redes móveis, uma vez que algoritmos de RRA são responsáveis por gerenciar os recursos do sistemas tais como a potência e o espectro de frequência que em geral são escassos. Adicionalmente, esses algoritmos podem ser utilizados para melhorar a eficiência espectral e energéticas de rede móveis, bem como satisfazer requisitos de qualidade de serviço ou QoS (do inglês, Quality of Service). Diante disso, nós estudamos nesta dissertação o uso de RRA em redes celulares de forma a melhorar a eficiência no uso dos recursos do sistema e garantir QoS às conexões. Especificamente, nós dividimos este trabalho em duas partes. Na primeira, nós modelamos RRA como um problema de otimização que consiste em maximizar a eficiência energética sujeita a restrições de satisfação mínimas por serviço no enlace reverso do sistema LTE utilizando SC-FDMA. Na segunda parte, nós focamos em novas abordagens para 5G, modelando o RRA como um problema de otimização que consiste em maximizar a taxa total de transmissão sujeito a restrições de QoS em rede FD. Como principais contribuições temos a caracterização de soluções ótimas, propostas de heurísticas de baixa complexidade, avaliação de desempenho por meio de simulações computacionais e por fim a análise da complexidade dos algoritmos envolvidos. |
Abstract: | The current cellular systems are capable of providing several data services besides traditional voice call service, becoming extremely popular worldwide. Consequently, the data traffic in these networks have increased considerably in the last years and tends to increase even more in the next years. Currently, there is a huge expectation for the 5th Generation (5G) networks implementation since these systems should promises to achieve high data rates and provide connections to a huge number of devices. However, 4th Generation (4G) networks play and will still play an important role in mobile systems, until 5G networks is fully diffused. Thus, at least in the coming years, there will be a need to develop methods that aim to improve the existing 4G networks, as well as to deal with the new requirements of the 5G networks. In order to achieve high data rates, 4G networks have applied many improvements in radio access network. For LTE - Advanced (LTE-A) systems, one of these improvements was the adoption of Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) and Single Carrier - Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) as multiple access schemes for uplink and downlink transmissions of mobile networks. On the other hand, 5G networks should deal with a set of new use cases that require new approaches, such as Full-Duplex (FD), massive Multiple Input Multiple Output (MIMO) and millimeter Wave (mmWave). FD arises as a promising technology since it has the potential to double the system capacity without need for additional spectrum. Moreover, Radio Resource Allocation (RRA) is a crucial functionality in mobile networks since RRA algorithms are responsible for managing the system resources, such as power and frequency spectrum which in general are scarce. In addition, RRA algorithms can be used to improve the spectral and energy efficiency of mobile networks, as well as to satisfy Quality of Service (QoS) requirements. Therefore, we study in this thesis the use of RRA in mobile networks in order to assure an efficient use of the system resources and to guarantee a given QoS. Specifically, we split this work in two parts. In the first, we model RRA as an optimization problem that consist of maximizing the energy efficiency subject to minimum satisfaction per service in uplink Long Term Evolution (LTE) system using SC-FDMA. In the second part, we focus on new approaches for 5G networks, modeling RRA as an optimization problem that consist of maximizing the total data rate subject to QoS constraints in FD networks. As main contributions we have the characterization of the optimal solutions, low complexity heuristic solutions, performance evaluations by means of computational simulations and, finally, the complexity analysis of the involved algorithms. |
Descrição: | Este documento está disponível online com base na Portaria nº 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas. |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79404 |
Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/6589420443831124 |
ORCID do Orientador: | https://orcid.org/0000-0002-4115-1935 |
Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/4983411711055340 |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
Aparece nas coleções: | PPGEEC - SOBRAL - Dissertações defendidas na UFC |
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