Game theory applid to the control of power control and the adaptive equalization in systems of mobile communication

A teoria dos jogos à um ramo da matemÃtica dedicado à anÃlise das interaÃÃes entre elementos concorrentes, que se encontram em situaÃÃo de conflito, e à formulaÃÃo de estratÃgias de decisÃo. O potencial de aplicaÃÃo desta teoria em sistema de comunicaÃÃo mÃvel à considerado, jà que em alguns dos problemas podem ser identificados elementos em situaÃÃo de conflito. Dois problemas sÃo aqui abordados, a saber, o controle de potencia de transmissÃo e a equalizaÃÃo adaptativa de canal. Ambos estÃo relacionados à interferÃncia, que à um dos mais importantes fatores limitantes do desempenho de sistemas de telefonia celular. O controle de potÃncia de transmissÃo consiste em um procedimento de gerenciamento da interferÃncia de mÃltiplo acesso. Uma nova abordagem deste problema, via teoria dos jogos à considerada nesta dissertaÃÃo, resultando em uma nova deduÃÃo do algoritmo clÃssico de controle de potÃncia DPC (do inglÃs Distributed Power Control). Um novo algoritmo denominado GT-DPC ( do inglÃs Game â Theoretic Distributed Power Control), à desenvolvido e se revela uma forma geral do algoritmo DPC. O algoritmo GT-DPC se mostra mais eficiente em termos de energia do que os algritmos convencionais para serviÃos de qualidade flexÃvel( melhor esforÃo), isto Ã, para um mesmo nÃvel de potÃncia de transmissÃo mais altas do que o DPC. AlÃm disso, este algoritmo permite o gerenciamento dos recursos de potÃncia em cenÃrios de coexistÃncia de serviÃos com diferentes caracterÃsticas. Neste caso, o Lgoritmo à denominado GT-MSDPC ( do inglÃs Game-Theoretic Multi- Service Distributed Power Control).O desempenho dos algoritmos propostos para sistemas de serviÃos à avaliado atravÃs de simulaÃÃes computacionais que emulam os sistemas celulares TDMA( do inglÃs Time Division Multiple Acess) e CDMA(do inglÃs Code Division Multiple Acess). A aplicaÃÃo da teoria dos jogos à equalizaÃÃo adaptativa de canal, que à o procedimento de combate à interferÃncia entre sÃmbolos, està relacionada a situaÃÃes de pior caso. O filtro H( filtro robusto) à derivado atravÃs da aplicaÃÃo de conceitos da teoria dos jogos. AlÃm disso, suas interrelaÃÃes com o filtro de Kalman(RLS) sÃo apresentadas. Por meio de simulaÃÃes computacionais que emulam o sitema de telefonia celular GSM(do inglÃs Global System for Mobile Communications), ambos os fltros tÃm se desempenho como equalizador adaptativo de canal avaliado em dois diferentes cenÃrios. No primeiro deles, diferentes velocidades sÃo atribuÃdas ao usuÃrio, e os resultados mostram que o Rls e o equalizador H apresentam desempenhos comparÃveis. No segundo, considera-se a presenÃa de ruÃdo impulsivo, que pode ser uma consequÃncia do assincronismo de interferÃncia d mÃltiplo acesso, ou que pode ter fontes externas ao sistema de comunicaÃÃo, como a igniÃÃo de motores, llinhas de transmissÃo de energia, fornos de microondas, entre outros. Neste segundo cenÃrio, a robustez do equalizador H fica demonstrda, assim como a degradaÃÃo do desempenho do RLS. Um equalizador hÃbrido RLS-H à proposto, com a obtenÃÃo de ganhos expressivos com respeito ao equalizador RLS convencional.Game theory is a branch of the Mathematics concerned with the analysis of interactions between competing elements, which are found in conflicting situations, and concerned with the formulation of decision strtegies. This theory is potentially applicable to communications systems problems, since elements in conflicting situations can be identified in some of such problems.Two problems are here considered: the transmit power control and the adaptive channel equalization. Both problems are related to interference, which is one of the most important limiting factors for the cellular system perfomance. Transmit power control consist of a procedure for multi-acess interference management. A new game theoretical approach to power control problem is considered, resulting in a new way to deduce the classical power control algorithm DPC(Distributed Power Con trol). A new algorithm, denoted GT-DPC(Game-theoretic Distributed Power Control), is developed and can be seen as a general form of DPC algorithms for best effort services, since for a unique transmit power level it provides data rates higher than DPC. Furthermore, it allows the power resource management in the presence of services, since for a unique transmit power level it provides data rates higher than DPC. Furthermore, it allows the power resource management in the presence of services with different characteristics. In this case, the algorithm is denoted GT-MSDPC(Game-Theoretic Multi-Service Distributed Power Control). The perfomace of the proposed algorithms for single-service and multi-service systems is demostrated through computational experiments whch simulate TDMA(Time Division Multiple Acess) and CDMA(Code Division Multiple Acess) cellular Systems. The game theory application to adaptive equalization, which is the procedure to combat the intersymbol interference, is related to worst case situations. The H filter(robust filter) is deduced by applying game-theoretic concepts. Furthermore, their relations with the Kalman filter are presented. Through computational experiments wihch simulate GSM(Global System for Mobile Communications) cellular system, both filters have their perfomance as adaptive channel equalizers valued in two different scenarios. In the first one,different speeds are attributed to the user, and results show that both RLS and H equalizer present similar perfomances. In the secon scenario, impulsive noise is considered. Impulsive noise may have external sources, as motors ignition, energy transmission lines or microwaves ovens. In this scenario, the H equalizer robustness is demontrated, so as the RLS perfomance degradation. A hybrid RLS-H equalizer is proposed, obtaining expressive gains with respect to conventional RLS equalizer