Η χρήση γενετικών αλγορίθμων για την κατανομή φασματικών πόρων σε δίκτυα IMT που παρεμβάλλονται από DVB-T υπηρεσίες

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός εργαλείου προσομοίωσης που πραγματοποιεί δυναμική κατανομή φασματικών πόρων σε ασύρματα κυψελωτά ευρυζωνικά δίκτυα που προορίζονται για να λειτουργήσουν στη ζώνη συχνοτήτων 790-862 MHz του ψηφιακού μερίσματος. Στην παρούσα εργασία το πρόβλημα της κατανομής καναλιών αντιμετωπίζεται ως ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης όπου για την επίλυσή του χρησιμοποιούνται μεθόδοι όπως οι γενετικοί αλγόριθμοι. Ο προτεινόμενος γενετικός αλγόριθμος λαμβάνει υπόψη την παρεμβολή που προκαλείται από γειτονικούς παρόχους υπηρεσιών ευρυεκπομπής σε όλη τη γεωγραφική περιοχή που καλύπτεται από τα κυψελωτά δίκτυα. Αυτός ο τύπος παρεμβολής μπορεί να συμβεί σε περιοχές πλησίον των συνόρων μεταξύ χωρών στις οποίες έχει αποδοθεί το ψηφιακό μέρισμα για υπηρεσίες κινητών επικοινωνιών λόγω της λειτουργίας αλλοδαπών παρόχων υπηρεσιών ευρυεκπομπής. Κατά την ανάπτυξη του γενετικού αλγορίθμου δόθηκε έμφαση στη λειτουργία των κυψελωτών δικτύων με χρήση της προσαρμοστικής διαμόρφωσης και κωδικοποίησης. Συγκεκριμένα, υλοποιήθηκε έν σχήμα γενετικού αλγορίθμου το οποίο επιδιώκει τη βέλτιστη κατανομή φασματικών πόρων ως προς τον όσο το δυνατόν μέγιστο ρυθμό μετάδσης που αποδίδεται σε κάθε κυψέλη. Οι περιοριστικοί παράγοντες που αντιτίθεται σε αυτή την επιδίωξη και λαμβάνονται υπόψη είναι η παρεμβολή των υπηρεσιών ευρυεκπομπής και ο ομοδιαυλικός περιορισμός. Η παρεμβολή των παρόχων υπηρεσιών ευρυεκπομπής προκαλεί τον περιορισμό της μετάδοσης και κατ' επέκταση τη μετάδοση με χαμηλότερο επίπεδο ACM ή τη μη δυνατότητα μετάδοσης λόγω χειροτέρευσης του λόγου σήματος προς θόρυβο και παρεμβολή. Ο ομοδιαυλικός περιορισμός καθιστά αδύνατη την ταυτόχρονη απόδοση ενός διαύλου σε γειτονικές κυψέλες. Στο τέταρτο κεφάλαιο μελετάται η συμπεριφορά ενός προτεινόμενου γενετικού αλγορίθμου και αξιολογούνται τα αποτελέσματα αυτών βάσει του συνολικού ρυθμού μετάδοσης και ενός δείκτη δικαιοσύνης που δείχνει πόσο δίκαιη είναι η κατανομή των φασματικών πόρων στις επιμέρους κυψέλες του συστήματος.

The motivation for this thesis is the development of a simulation tool which implements dynamic channel allocation for broadband wireless cellular networks destined to operate in the 790-862 MHz frequency band of the digital dividend. The present work faces the problem of channel allocation as an optimization problem for the solution of which several methods such as genetic algorithms are used. The proposed genetic algorithm takes into account the interference caused by neighbouring broadcasters over the geographical area caovered by the cellular network. This type of interference may occur in countries that have allocated the digital dividend to mobile services due to the operation of foreign broadcasters located near their borders. Emphasis has been put by the simulation tool on adaptive coding and modulation(ACM). Specifically, the proposed genetic algorithm scheme aims at an optimal channel allocation through achieving a maximum possible throughput for each cell. The main constraints against this aim, which are taken into account, are broadcster's interference and the co-channel constraint. Broadcaster's interference either causes transmission at lower ACM levels than the maximum possible or makes transmission impossible to take place due to deterioration of signal to interference and noise ratio. Co channel constrain makes it impossible for adjacent cells to use at the same time the same channels. In chapter 4, the performance of the proposed genetic algorithm is examined according to the total cellular system's throughput and a fairness index which shows how fair the channels have been allocated to the system