Adaptive Techniques for Packet-Oriented Transmissions in Future Multicarrier Wireless Systems

I sistemi wireless dei prossimi anni sono tenuti a fornire trasmissioni caratterizzate da data rate e affidabilità sempre maggiori per sostenere la sempre più crescente richiesta di applicazioni e servizi eterogenei. Inoltre, tali requisiti devono essere soddisfatti nel difficile ambiente di propagazione rappresentato dal canale wireless, e devono far fronte alla scarsità dello spettro radio disponibile. Per tali sistemi, la tecnica di modulazione multiportante nota come orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) è emersa come tecnologia chiave a livello fisico grazie alla sua elevata efficienza spettrale, struttura di ricetrasmissione piuttosto semplice e robustezza al fenomeno di multipath fading. In tale contesto, questa tesi indaga nuove tecniche adattative in cui le risorse e parametri di trasmissione sono adattati in base alle informazioni sullo stato di canale al fine di fornire una consegna affidabile ed efficiente di pacchetti dati su canali selettivi in frequenza. Queste tecniche, note in letteratura come link resource adaptation (LRA) e resource allocation (RA), sono proposte in combinazione con un numero di funzionalità avanzate come l'efficiente tecnica di codifica di canale chiamata bit interleaved coded modulation (BICM) e meccanismi di hybrid automatic repeat request (HARQ). Diversamente dalla maggior parte dei problemi di LRA e RA considerati nella letteratura, questa tesi si basa sul goodput come figura di merito, definito come il numero di bit di informazione consegnati in pacchetti senza errori per unità di tempo. Quest'ultimo rappresenta, infatti, una metrica adeguata per dare un quadro attendibile delle effettive prestazioni del collegamento caratterizzato da modulazione e codifici pratici, trasmissioni a pacchetto e meccanismi di HARQ. In dettaglio, i contributi principali della tesi sono: la derivazione di una strategia di LRA che assegna modulazione, tasso di codifica e potenza ad un sistema BIC-OFDM cognitivo; un nuovo metodo di predizione delle prestazioni, che sfrutta la metodologia di effective signal-to-noise ratio (SNR), per sistemi BIC-OFDM impieganti protocolli di HARQ con packet combining; un algoritmo di LRA che seleziona la migliore distribuzione dei bit e tasso di codifica per sistemi BIC-OFDM; uno schema equo di RA che assegna potenza, ordine di modulazione, tasso di codifica e sottoportanti agli utenti sul downlink di un sistema BIC orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) col fine di ottimizzare le prestazioni dell'utente avente il valore più basso di goodput.