Βέλτιστη κατανομή ισχύος στη ζεύξη ανόδου ασυρμάτων κυψελωτών Δικτύων δύο επιπέδων

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της αποδοτικής κατανομής ισχύος, στην άνω ζεύξη ασύρματων κυψελωτών δικτύων δύο επιπέδων (Femtocell Networks). Στα πλαίσια αυτής της εργασίας έγινε χρήση της συνάρτησης χρησιμότητας, η οποία έχει εφαρμοστεί εκτενώς στον τομέα των οικονομικών επιστημών. Σκοπός της χρήσης της έννοιας αυτής είναι η έκφραση του βαθμού χρησιμότητας ενός χρήστη με κανονικοποιημένο τρόπο, λαμβάνοντας υπόψιν τις απαιτήσεις του σε πραγματική ρυθμοαπόδοση και κατανάλωση ισχύος. Έμφαση δόθηκε στη θεώρηση των παρεμβολών που προέρχονται από τους χρήστες που εδρεύουν στην φεμτοκυψέλη και στην μακροκυψέλη, με απώτερο στόχο την ενεργειακά αποδοτική βελτιστοποίηση της λειτουργίας του συστήματος σε ένα αυτόνομο πλαίσιο λειτουργίας των χρηστών. Συνεπώς, το πρόβλημα της κατανομής ισχύος διαμορφώνεται με στόχο την ενεργειακή αποδοτικότητα και με τέτοιο τρόπο ώστε τα αποτελέσματα να προκύπτουν χωρίς την ανάγκη συνεργασίας μεταξύ των χρηστών. Κάθε χρήστης προσπαθεί ανεξάρτητα να μεγιστοποιήσει την απόδοσή του με βάση τους επιβληθέντες περιορισμούς, η οποία εκφράζεται μέσω της συνάρτησης χρησιμότητας. Αυτό το παίγνιο ελέγχου ισχύος μεταξύ των χρηστών καταλήγει σε σημείο ισορροπίας κατά Nash και με τη βοήθεια της θεωρίας του Nash αποδεικνύουμε την ύπαρξη και την μοναδικότητα του. Επιπλέον, παρουσιάζεται ένας κατανεμημένος επαναληπτικός αλγόριθμος, ο οποίος καταλήγει στην εύρεση αυτού του σημείου ισορροπίας κατά Nash. Εν κατακλείδι, μέσω της μοντελοποίησης της θεωρητικής γνώσης που συλλέχθηκε και στη συνέχεια των προσομοιώσεων που πραγματοποιήθηκαν, παρουσιάζεται και ταυτόχρονα αξιολογείται ο προτεινόμενος αλγόριθμος για τον έλεγχο της ισχύος στην άνω ζεύξη ασύρματων κυψελωτών δικτύων δύο επιπέδων.

In this thesis the problem of efficient power allocation in the uplink of two-tier closed-access femtocell networks is addressed. Specifically, a single CDMA macrocell is assumed, where Ν femtocells reside within the macrocell.Within the proposed framework, which supports multiple services, appropriate utility functions are adopted to reflect users’ degree of satisfaction with respect to their actual throughput requirements and the corresponding power consumption. The overall problem is formulated as a non-cooperative game where users aim selfishly at maximizing their utility-based performance while taking into account the interference caused by both the CDMA macrocell and the neighboring femtocells. The existence and uniqueness of a Nash equilibrium point of the proposed Multi Service Two-Tier Power Control Game with Pricing (MTTPG) is proven, at which all users have achieved a targeted SINR threshold value or transmit with their maximum power, leading essentially to an SINR-balanced system. Moreover, a distributed iterative algorithm for reaching MTTPG game’s equilibrium is provided. Finally, the operational effectiveness of the proposed approach is evaluated through modeling and simulation, while its superiority is illustrated via presenting various scenaria of the proposed framework.