Απόδοση ραδιοπόρων του ψηφιακού μερίσματος σε ασύρματα δίκτυα

Abstract

The object of the present thesis is the study, analysis and optimization of channelassignment in wireless cellular networks that operate in the framework of the Digital Dividendor inside the TV White Spaces.New algorithms of dynamic channel assignment to wireless cellular networks operatinginside the Digital Dividend and interfered by broadcasters are presented in the present thesis.Furthermore, channel assignment to multi service networks operating in the framework of TVWhite Spaces is studied.New techniques concerning the optimal channel assignment to cellular networks thatmitigate possible interference are studied. Furthermore, these techniques maximize the overallsystem throughput.Initially, existing channel assignment techniques and the different tools for the allocationof Digital Dividend to different uses are presented. Also the IEEE 802.22 Standard ispresented and analyzed. Next, the Frequency Assignment Problem - FAP is discussed.Furthermore, the Genetic Algorithm (GA) optimization technique is presented andanalyzed. GAs form a very robust and well - known optimization technique.In addition, a new dynamic channel allocation scheme to cellular networks that operate inthe framework of the Digital Dividend and that are interfered by broadcasters is presented anddiscussed. The proposed scheme is able to mitigate interference while, at the same time,maximizing the overall system throughput. Furthermore, the proposed scheme achieves a fairtreatment of the cellular network users.A novel channel allocation scheme to multi - service networks operating in the samegeographical area and inside the same frequency band is then presented and studied. Thisscheme is indicatively studied for multi - service networks operating in the PhiladelphiaBenchmark Network - PBN.Finally, a multi-objective Resource Allocation (RA) scheme is proposed for cellularnetworks providing multiple services. The RA scheme allocates serving base stations, transmitpower levels and radio channels to nomadic users requesting different services. Inimplementing the proposed RA scheme, a genetic algorithm approach is adopted to minimizethe percentage of terminals that do not enjoy a minimum transmission rate level taking intoaccount intersymbol, interservice and intraservice interference and the transmission conditionsover the cellular network.

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η μελέτη, ανάλυση και βελτιστοποίηση απόδοσης ραδιοπόρων σε ασύρματα κυψελωτά δίκτυα που δραστηριοποιούνται εντός του φάσματος του Ψηφιακού Μερίσματος ή εντός των Τηλεοπτικών Κενών Διαστημάτων (TVWhite Spaces).Η παρούσα διατριβή εξειδικεύεται στην ανάπτυξη νέων αλγορίθμων δυναμικής απόδοσης ραδιοπόρων σε ασύρματα κυψελωτά δίκτυα που υφίστανται παρεμβολές από υπάρχοντα δίκτυα ευρυεκπομπής τα οποία συλλειτουργούν εντός των συχνοτήτων του Ψηφιακού Μερίσματος. Ακόμη, αναλύεται και εξετάζεται η απόδοση ραδιοπόρων σε ασύρματα δίκτυα που υποστηρίζουν περισσότερες από μία υπηρεσίες και που λειτουργούν στα Τηλεοπτικά Κενά Διαστήματα.Εξετάζονται τεχνικές για τη βελτίωση της απόδοσης ραδιοπόρων σε κυψελωτά δίκτυα μέσω των οποίων αφενός αντιμετωπίζονται οι πιθανές παρεμβολές μεταξύ των δικτύων και, αφ' ετέρου, μεγιστοποιείται η απόδοση του συστήματος σε όρους διέλευσης πληροφορίας(throughput).Αρχικά περιγράφονται οι υπάρχουσες τεχνικές απόδοσης συχνοτήτων σε κυψελωτά δίκτυα και αναλύεται η σημαντικότητα των πόρων του Ψηφιακού Μερίσματος και οι διαφορετικές δυνατότητες απόδοσής του σε διαφορετικές χρήσεις. Επίσης παρουσιάζεται το Πρότυπο IEEE802.22, που αφορά στη χρήση των Τηλεοπτικών Κενών Διαστημάτων. Κατόπιν παρουσιάζεται και αναλύεται το Πρόβλημα Κατανομής Συχνοτήτων (Frequency AssignmentProblem - FAP).Ακόμη, στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται βασικά στοιχεία και χαρακτηριστικά των Γενετικών Αλγορίθμων (ΓΑ). Οι ΓΑ αποτελούν μία ευρέως διαδεδομένη μεταευριστική (metaheuristic) τεχνική βελτιστοποίησης.Πέραν αυτού, στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται ένα σχήμα απόδοσης συχνοτήτων σε ασύρματα κυψελωτά δίκτυα που συλλειτουργούν με δίκτυα Ψηφιακής Τηλεόρασης εντός του Ψηφιακού Μερίσματος. Παρουσιάζεται και αναλύεται το σχήμα και μελετάται η ικανότητά του στην αντιμετώπιση παρεμβολών και στη μεγιστοποίηση της συνολικής διέλευσης πληροφορίας, ενώ παράλληλα αναλύεται και η ικανότητά του να επιτυγχάνει πολύ υψηλά επίπεδα συνολικής δικαιοσύνης ανάμεσα στους χρήστες των ασύρματων κυψελωτών δικτύων.Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται ένα σχήμα απόδοσης ραδιοπόρων σε περισσότερα του ενός δίκτυα τα οποία συλλειτουργούν εντός της ίδιας γεωγραφικής περιοχής και εντός της ίδιας φασματικής μπάντας. Οι δυνατότητες του σχήματος αυτού παρουσιάζονται και αναλύονται για δίκτυα που λειτουργούν στο δίκτυο αναφοράς της Φιλαδέλφειας (PhiladelphiaBenchmark Network - PBN).Τέλος, στο πέμπτο κεφάλαιο προτείνεται ένα σχήμα απόδοσης ραδιοπόρων το οποίο επιτυγχάνει την ταυτόχρονη απόδοση Σταθμών Βάσης, καναλιών μετάδοσης και επιπέδων ισχύος εκπομπής στα νομαδικά τερματικά ενός κυψελωτού δικτύου που ζητούν ετερογενείς υπηρεσίες. Η προτεινόμενη μέθοδος απόδοσης ραδιοπόρων υλοποιείται κάνοντας χρήση σχήματος βασισμένου στους γενετικούς αλγορίθμους και αποσκοπεί στην ελαχιστοποίηση του πλήθους χρηστών που δεν απολαμβάνουν ένα ελάχιστο ρυθμό μετάδοσης εντός της κάλυψης του κυψελωτού δικτύου.