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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10011944&local_id=10013817
광대역 무선인터넷 시스템에서 무선자원의 효율적 운용 방안에 대한 연구
Reports NRF is supported by Research Projects( 광대역 무선인터넷 시스템에서 무선자원의 효율적 운용 방안에 대한 연구 | 2005 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 정용주(부산외국어대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
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  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number B00050
Year(selected) 2005 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2007년 05월 31일
Year type 결과보고
Year(final report) 2007년
Research Summary
  • Korean
  • OFDM 시스템에서는 부반송파, 전력(power) 또는 전송 데이터량 등의 가용 자원의 사용방법이 시스템 효율성에 결정적 영향을 미친다. 즉, 각 부반송파를 어떤 사용자에게 할당하고 할당된 부반송파에 얼마만큼의 전력을 할당할 것인가(또는 몇 비트를 전송할 것인가)를 결정하는 문제가 OFDM 시스템에서의 자원할당문제이다. 이때 사용자간 형평성(fairness), 총 전송 데이터량(throughput) 등의 시스템 수준의 성능 요소뿐만 아니라 사용자별 전송 데이터량, BER(Bit Error Rate) 등의 사용자 단위의 요구사항 및 특성이 고려되어야 한다.
    OFDM 시스템을 대상으로 하는 전송자원의 최적활용과 관련된 대부분 연구는 크게 다음 두 가지 분야로 구분된다.
    - Marginal Adaptive(MA) 문제 : 최소의 전력으로 각 사용자의 요구 전송 데이터량을 보장하는 문제
    - Rate Adaptive(RA) 문제 : 제한된 전력으로 총 전송 데이터량을 최대화하는 문제

    RA문제에 대한 기존의 연구들은 요구 QoS(예를 들어 전송데이터율)을 반영하지 못하고 있을 뿐만 아니라 채널환경이 우수한 사용자에게 독점적으로 자원을 할당하는 불평등 현상을 보이고 있다. 또한, 채널환경이 고정된 시스템에서의 무선자원을 할당하는 것을 목표로 하여 사용자 및 무선의 환경 변화에 따라 역동적으로 자원을 할당해야 하는 현실을 반영하지 못하고 있다. 본 연구에서는 위와 같은 기존 RA관련 연구들이 가지는 문제점을 보완하여 보다 일반화된 모형을 제시한다. 총 가용전력에 대한 조건뿐만 아니라 사용자별 데이터 전송량에 대한 제약조건하에서 전체 시스템의 데이터전송량을 최대화하는 문제를 대상으로 한다. 문제의 해법으로 subgradient 쌍대최적화(dual optimization)해법에 의한 반복기법을 사용함으로써 최적해로의 수렴을 보장한다. 또한, 서비스 신규접속이나 접속해지 등에 따른 사용자의 수의 변경 및 시간의 흐름에 따른 채널이득의 변화 등 무선환경의 변화에 적극적으로 적응하는 무선자원 할당 메커니즘을 제시한다.
  • English
  • Performance of OFDM system is highly dependent on allocation mechanisam of wirelesss resources, such as subcarrier, power and bits on a symbol. Resource allocation problem includes subcarrier assignment to users and power allocation to each subcarrier. Resource allocation must consider not only performance measures such as fairness between users and throughput, but also each user’s requirement such as data rate of each user and BER.
    Researches on OFDM resource allocation can be categorized into two areas:
    - Marginal Adaptive(MA): minimize the total power usage while guaranteeing data rate requirement of each user.
    - Rate Adaptive(RA): maximizes the total throughput with the limited power.

    Existing researches on RA problem do not consider QoS (for example data rate) required by each user, even worse provides unfair results that the users with good channel environment dominate whole subcarrier and power. And they do not reflect the real world that the resource should be allocated dynamically according to wireless environment change.

    This research suggests a more generalized model by complementing these weaknesses of the existing researches. We formulate a mathematical model which maximize total throughput under the total power constraint and data rate constraint of each user. We apply the subgradient dual optimization as a solution method, which guarantees convergence to the optimal allocation by iterative method. And this method provides dynamic resource allocation mechanism which adapts to wireless environment changes such as change in number of users by access and release and change in channel gain by time.

Research result report
  • Abstract
  • 본 연구는 무선환경 변화 및 사용자 요구서비스 수준 등에 따라 부반송파(subcarrier) 할당, 변조방식 및 전력량을 조절하는 적응형 다중사용자(adaptive multiuser) OFDM 시스템을 다룬다. 먼저, 사용자별 데이터 전송요구량 및 가용전력에 대한 제약 조건하에서 총 데이터 전송량(throughput)을 최대화하는 최적화 문제를 모형화한다. 이 문제의 쌍대간격(duality gap)이 0이라는 특징을 바탕으로, 쌍대문제에 대한 해를 반복적인 단순연산을 통해서 구하는 subgradient 쌍대최적화(dual optimization) 해법을 적용한다. 다수의 현실적인 문제에 대한 반복적인 실험을 통하여 subgradient 쌍대기법의 현실 시스템으로의 적용가능성을 검증하고, 사용자 또는 무선환경의 변화에 적극적으로 적응하는 동적 자원할당 메커니즘으로 사용될 수 있음을 확인한다.
  • Research result and Utilization method
  • 본 연구에서는 다중사용자 OFDM 시스템의 무선자원 할당을 위한 최적화 문제를 모형화하고 최적화 문제의 해법으로 subgradient 쌍대기법을 제시하였다. 최적화 문제는 기존의 연구들에서 제시하고 있는 대부분의 모형을 포함할 수 있도록 포괄적으로 모형화했다. 또한, 본 연구에서 정의한 문제는 쌍대간격이 0이며 적절한 스텝크기를 사용하면 subgradient 기법은 최적해로의 수렴을 보장한다. Subgradient 쌍대기법은 빠른 수행시간과 변화에 신속히 적응하는 특징을 가짐으로써 사용자 추가, 무선채널이득 변화 등의 환경변화에 신속히 대응할 수 있는 동적 자원할당을 위한 메커니즘으로 활용될 수 있다
  • Index terms
  • ofdm, subcarrier, throughput, subgradient dual optimization, resource allocation, water filling
  • List of digital content of this reports
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