Radio Resource Management strategies based hopfield neural networks

Abstract

Esta tesis doctoral se enmarca en la temática de Gestion de Recursos Radioelectricos en los sistemas de comunicaciones móviles, 3G, B3G y 4G. Como es ampliamente conocido los recursos radios son escasos, particularmente en los sistemas de comunicaciones móviles celulares, y en consecuencia es de uso obligado una gestión eficiente de los mismos. Desde un punto de vista práctico si bien estos sistemas se basan en el uso de tecnologías de acceso radio estandarizada, no es este el caso para los algoritmos subyacentes a la gestión de los recursos radio, de manera que siempre son posibles nuevas realizaciones de los mismos que resulten más convenientes en el marco del estándar en cuestión. Es en esta dirección hacia donde apunta la realización de esta tesis doctoral, y entiendo que lo consigue con éxito al introducir nuevas estrategias de Gestion de los Recursos Radio en el marco de las estrategias de múltiple acceso CDMA en los sistemas 3G, TDMA/CDMA en los sistemas B3G y OFDMA en los sistemas 4G. Esta tesis, tras identificar los gestores más usuales de gestión de recursos radio y una breve descripción de los mismos, introduce una descripción básicamente autocontenida de los aspectos más relevantes de los sistemas de acceso múltiple WCDMA y OFDMA. En este sentido se detallan mecanismos de su funcionamiento que con posterioridad serán utilizados en la definición y especificación de los algoritmos de gestión de recursos propiamente dichos. Con posterioridad se hace un breve recorrido sobre lo que son las redes neuronales , para finalizar en una exposición más detallada de las Redes Neuronales de Hopfield que serán el hilo conductor de los trabajos de esta tesis. En particular se describen las ecuaciones que caracterizan estas redes como sistemas dinámicos y se establecen sus condiciones de convergencia a través de los teoremas de estabilidad Lyapunov y la definición de la función Energía.De la conjunción de las particularidades de los sistemas de acceso WCDMA, TDMA y OFDMA y de las redes neuronales de Hopfield se van desarrollando una serie de algoritmos que operan en escenarios unicelulares y que entiendo novedosos y que a continuación enumeran brevemente.Admisión en un sistema WCDMA , enlace ascendente, mediante una gestión optimizada de las distintas velocidades de transmisión asignadas a los usuarios que comparten el acceso y que se les permite distintos perfiles. Aspectos relativos a la robustez del algoritmo, y en particular a su convergencia son también detallados. Se suponen restricciones de carga de la red máxima, repartición del espectro justa y potencia máxima disponible en los terminales móviles. Se suponen un servicio en tiempo real con velocidades variables. La probabilidad de bloqueo se usa para exhibir las prestaciones del algoritmo.Gestión de las velocidades de los usuarios ya admitidos en un sistema WCDMA,enlace ascendente, con objeto de garantizarles una definida probabilidad de satisfacción superior a un determinado valor y que está basada en las velocidades reales de transmisión asignadas. Se supone también un servicio en tiempo real con velocidades variables y las mismas restricciones que en Admisión. Gestión de las velocidades de los usuarios ya admitidos en un sistema WCDMA, enlace descendente, con objeto de garantizarles un máximo retardo en la entrega de paquetes. Se suponen restricciones de repartición del espectro justa y potencia máxima disponible en la estación de base. Se supone un servicio interactivo basado en un modelo de tráfico para servicios www. Se introduce también un algoritmo de referencia a efectos comparativos. La probabilidad de pérdida es el parámetro usado para valorar las prestaciones del algoritmo.Gestión combinada de servicios en tiempo real e interactivos en sistemas WCDMA, enlace descendente. Incorpora parte de los algoritmos anteriormente enunciados y se mantienen los mismos modelos de tráfico y las mismas restricciones. Se han usado en esta caso las probabilidades de satisfacción y de pérdida para capturar el la velocidad de transmisión agregada y retardo respectivamente Algoritmo de Gestión común de recursos radio para un escenario B3G donde un usuario puede ser servido por más de un acceso. En este caso se han usado WCDMA y TDMA. Algoritmos de Gestión de las velocidades de los usuarios ya admitidos en un sistema OFDMA, enlace descendente, con objeto de garantizarles un máximo retardo en la entrega de paquetes.La tesis apunta también hacia prometedoras futuras líneas de investigación que pretenden explotar la base de la metodología desarrollada en esta tesis y que consisten en escenarios celulares centralizadas para pasar después a distribuidas en entornos multicelulares y en particular para los sistemas OFDMA , base de los accesos en 4G.