Técnicas de compartilhamento de espectro baseadas em teoria dos jogos para acesso local em sistemas IMT-Advanced

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2008.A banda necessária para o provimento de serviços no acesso local será muito maior do que as utilizadas em sistemas 2G ou 3G, chegando a cerca de 100 MHz. Por causa disto, estes sistemas terão que trabalhar com espectro sem paridade e compartilhando um conjunto comum de recursos de espectro que será licenciado mas compartilhado entre operadoras. Neste trabalho é proposta uma solução inovadora, baseada em teoria dos jogos, que trata dos principais problemas em tal cenário: latência na alocação inicial de espectro, configuração autônoma, eficiência espectral e justiça na distribuição dos recursos. O protocolo proposto é dividido em duas partes para satisfazer todos estes requisitos, que são conflitantes. Os resultados obtidos mostram que o algoritmo proposto é capaz de prover eficiência espectral bem maior do que os casos mais simples de alocação fixa de espectro. No cenário estudado, o algoritmo proposto aproxima a eficiência espectral do planejamento de freqüências ótimo, sendo ao mesmo tempo capaz de redistribuir a capacidade de acordo com o tráfego e o número de estações rádio base ativas. ______________________________________________________________________________________ ABSTRACTThe required bandwidth for the envisioned services in IMT-Advanced local access is much larger than those usually allocated to 2G and 3G services, in the order of 100 MHz. For that reason, it is envisioned that such systems will have to work in an unpaired spectrum environment where the whole spectrum pool is licensed but shared amongst operators. A novel approach based on Game Theory is proposed, dealing with some of the main issues in such a scenario: latency for initial spectrum assignment, self organization, spectrum efficiency and fairness. In order to meet all those requirements, the proposed protocol has two special states. In the new entrant state the protocol makes an efficient initial spectrum assignment aiming at reduced latency. In the second protocol state, the game is repeated to track load variations, provide long term fairness and enhance the spectrum efficiency. The results show that the proposed framework is capable of providing spectrum efficiency considerably higher than simple approaches for uncoordinated deployment, such as full reuse or having separate spectrum pools. In fact, in the studied scenario, our approach approximates the spectral efficiency of the optimal spectrum planning for full load while tracking traffic variations and self adapting for the number of active base stations.Teoria dos jogo