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

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.A teoria dos jogos é um ramo da matemática dedicado à análise das interações entre elementos concorrentes, que se encontram em situação de conflito, e à formulação de estratégias de decisão. O potencial de aplicação desta teoria em sistema de comunicação móvel é considerado, já que em alguns dos problemas podem ser identificados elementos em situação de conflito. Dois problemas são aqui abordados, a saber, o controle de potencia de transmissão e a equalização adaptativa de canal. Ambos estão relacionados à interferência, que é um dos mais importantes fatores limitantes do desempenho de sistemas de telefonia celular. O controle de potência de transmissão consiste em um procedimento de gerenciamento da interferência de múltiplo acesso. Uma nova abordagem deste problema, via teoria dos jogos é considerada nesta dissertação, resultando em uma nova dedução do algoritmo clássico de controle de potência DPC (do inglês Distributed Power Control). Um novo algoritmo denominado GT-DPC ( do inglês Game – Theoretic Distributed Power Control), é 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 serviços de qualidade flexível( melhor esforço), isto é, para um mesmo nível de potência de transmissão mais altas do que o DPC. Além disso, este algoritmo permite o gerenciamento dos recursos de potência em cenários de coexistência de serviços com diferentes características. Neste caso, o Lgoritmo é denominado GT-MSDPC ( do inglês Game-Theoretic Multi- Service Distributed Power Control).O desempenho dos algoritmos propostos para sistemas de serviços é avaliado através de simulações computacionais que emulam os sistemas celulares TDMA( do inglês Time Division Multiple Acess) e CDMA(do inglês Code Division Multiple Acess). A aplicação da teoria dos jogos à equalização adaptativa de canal, que é o procedimento de combate à interferência entre símbolos, está relacionada a situações de pior caso. O filtro H( filtro robusto) é derivado através da aplicação de conceitos da teoria dos jogos. Além disso, suas interrelações com o filtro de Kalman(RLS) são apresentadas. Por meio de simulações computacionais que emulam o sitema de telefonia celular GSM(do inglês Global System for Mobile Communications), ambos os fltros têm se desempenho como equalizador adaptativo de canal avaliado em dois diferentes cenários. No primeiro deles, diferentes velocidades são atribuídas ao usuário, e os resultados mostram que o Rls e o equalizador H apresentam desempenhos comparáveis. No segundo, considera-se a presença de ruído impulsivo, que pode ser uma consequência do assincronismo de interferência d múltiplo acesso, ou que pode ter fontes externas ao sistema de comunicação, como a ignição de motores, llinhas de transmissão de energia, fornos de microondas, entre outros. Neste segundo cenário, a robustez do equalizador H fica demonstrda, assim como a degradação do desempenho do RLS. Um equalizador híbrido RLS-H é proposto, com a obtenção de ganhos expressivos com respeito ao equalizador RLS convencional