Radio resource allocation in sc-fdma systems based in relaxation and linear programming

Rodrigues, A. B. Alocação de recursos de rádio para sistemas sc-fdma baseado em relaxamento e programação linear. 2016. 73 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e da Computação) - Campus de Sobral, Universidade Federal do Ceará, Sobral, 2016.In this work, we study the maximization problem of the sum of the weighted data rates in the wireless system’s uplink that uses SC-FDMA. The SC-FDMA multiple access scheme was adopted in the LTE uplink especially because it eases the power amplifier design in the mobile terminals. However, SC-FDMA presents an important restriction in radio resource allocation that is not present in OFDMA that was adopted in the LTE downlink: the resource adjacency or contiguity. With the resource adjacency constraint, the blocks of frequency resources assigned to each mobile terminal should be adjacent in the frequency domain. From the resource allocation point of view, this new constraint not only makes ineffective all previous resource allocation solutions proposed for OFDMA but also turns the problems even more harder in terms of computational complexity. In this work, we study the total data rate maximization problem in uplink SC-FDMA systems. Firstly, we discuss about the optimal solution of the problem that can be obtained through the use of integer optimization techniques. Motivated by the high computational complexity of this solution, we propose an alternative solution based on integer optimization relaxation and application of linear programming. The simulation results show that our proposed scheme is able to achieve the optimal solution in 55% (at least) of the simulations with a much lower computational complexity. For the cases where the solution obtained by continuous linear programming is not integer, the study proposes an algorithm that obtains an integer solution through rounding techniques. We also present a performance analysis comparing the algorithm developed with algorithms present in the literature.Neste trabalho, estudamos o problema de maximização do somatório das taxas de dados ponderadas no enlace reverso de um sistema sem fio que emprega Single Carrier - Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA). O esquema de múltiplo acesso SC-FDMA apresenta uma importante restrição quanto a alocação de recursos que não está presente em sistemas Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) (esquema utilizado no enlace direto de sistemas Long Term Evolution (LTE)): a contiguidade ou adjacência de blocos de recursos na frequência. A restrição de adjacência implica que a alocação dos blocos de recursos a cada terminal móvel deve ser feita de forma contígua na frequência. Na ótica de alocação de recursos em redes móveis, essa nova restrição não só inviabiliza o uso das soluções desenvolvidas para OFDMA encontradas na literatura, mas também torna o problema bem mais desafiador do ponto de vista matemático e computacional. Primeiramente, nós discutimos sobre a solução ótima desse problema que pode ser obtida através de programação inteira. Motivado pela alta complexidade computacional desta solução, propomos o uso de técnicas de relaxamento do problema de otimização inteiro e aplicação de programação linear (contínua). Através de simulações computacionais, demonstramos que o esquema proposto é capaz de encontrar a solução ótima em pelo menos 55% das simulações realizadas com uma complexidade computacional muito menor. Para os casos em que a solução obtida pela programação linear contínua não é inteira, o estudo propõe um algoritmo que obtém uma solução inteira através de técnicas de arredondamento. Apresentamos também uma análise de desempenho comparando o algoritmo desenvolvido com algoritmos presentes na literatura