Resumen de Tesis
Título: “Técnicas de Acceso y Gestión de Recursos para Garantizar
Calidad de Servicio en Sistemas de Comunicaciones Móviles basados en
CDMA”
Autor: Luis Gonzaga Alonso Zárate
Director: Ramón Agustí Comes
En la presente tesis doctoral se ha realizado una serie de
aportaciones para contribuir al desarrollo de los sistemas de
comunicaciones móviles de tercera generación. Esta nueva generación de
sistemas utilizará una técnica de acceso del tipo CDMA y pretende poder
garantizar una cierta calidad de transmisión en las comunicaciones. En
este sentido, esta tesis presenta nuevas propuestas tanto para el
protocolo de acceso al medio (MAC) como para los algoritmos de gestión
de los recursos radio (RRM).
Las propuestas han sido presentadas, estudiadas y analizadas en
diferentes entornos representativos de trabajo y se ha demostrado su
validez para su utilización en un sistema real de comunicaciones.
Además, por su sencillez de implementación y alta eficiencia en la
utilización de los recursos, se ha comprobado que todas ellas son
candidatas muy adecuadas para poder formar parte de los estándares en
formación para los citados sistemas.
Glosando los aspectos desarrollados en la presente tesis doctoral,
cabe destacar los siguientes puntos:
? Se han estudiado en profundidad las necesidades y requerimientos
del interfaz radio en los sistemas de comunicaciones móviles de tercera
generación, centrando el estudio en las transmisiones en modo paquete
para entornos con acceso CDMA.
? Se ha propuesto un nuevo protocolo MAC para trabajar en este
entorno de operación. Asimismo, se ha realizado un modelo teórico del
protocolo para el análisis de su rendimiento en sistemas genéricos con
tráfico homogéneo. Se ha analizado con detalle el modelo para demostrar
las propiedades cuasi-óptimas del protocolo, tanto en retardo como en
throughput y estabilidad. El protocolo además introduce un concepto
nuevo de control distribuido que minimiza la información de control
necesaria, mejorando con ello las prestaciones del sistema.
? Se han realizado simulaciones por ordenador de un sistema de
comunicaciones cuyo MAC es el nuevo protocolo propuesto para verificar
la validez del modelo teórico. Se ha comprobado que se minimiza el
retardo de propagación, se alcanza la máxima eficiencia en la
utilización del canal radio y se mantiene la estabilidad para cualquier
carga de tráfico.
? Se ha propuesto una estructura de receptor físico para la detección
de las secuencias de peticiones de acceso. Se ha analizado el
rendimiento del receptor y se han derivado las probabilidades de error
en la detección de las secuencias para entornos reales móviles. En esta
situación, se ha realizado el estudio de estabilidad del protocolo y se
han introducido las modificaciones necesarias para mantener la robustez
del mismo, alcanzando el objetivo buscado.
? Se ha realizado un trabajo de optimización del protocolo de acceso
para mantener sus propiedades para cualquier entorno de tráfico de
entrada, haciendo especial hincapié en el peor escenario posible. Este
escenario es aquel en el que los usuarios generan mensajes muy racheados
de longitud mínima. Se han introducido nuevas mejoras en el protocolo
para mantener su rendimiento cuasi-óptimo en este escenario límite.
? Se han realizado nuevas simulaciones de sistema por ordenador de
cara a demostrar la capacidad inherente del protocolo para manejar
situaciones de tráfico heterogéneo donde es posible adaptar las
velocidades de transmisión de forma dinámica para mejorar el rendimiento
del sistema. Para este cometido se han definido unos modelos de tráfico
basados en las aplicaciones más usuales.
? Se ha estudiado el comportamiento de un sistema celular de
comunicaciones móviles donde el protocolo MAC es el nuevo protocolo
propuesto. Se han realizado simulaciones en las que se demuestra que es
posible mejorar el rendimiento general del sistema gracias al uso de la
información de control que ofrece el propio protocolo en los criterios
para la gestión de los handovers y el control de potencia.
? Se han propuesto y analizado nuevas estrategias de gestión de los
recursos radio, tanto para el subsistema de transmisión como para el
subsistema de resolución de colisiones, de cara a dotar al sistema de la
capacidad de garantizar una cierta calidad de servicio en las
comunicaciones. Estas estrategias mantienen la idea de la gestión
distribuida, lo que minimiza la información de señalización necesaria en
el sistema. Se han definido unas clases de servicio de comprobación, con
sus correspondientes parámetros de calidad y se ha demostrado el
correcto funcionamiento del sistema en presencia de tráfico heterogéneo
proveniente de todas estas clases. Se ha verificado que se cumplen los
requisitos exigidos al sistema, cumpliéndose los criterios de prioridad
y garantizando la calidad de las transmisiones.
Por tanto, podemos concluir que la presente tesis doctoral se enmarca
dentro de los estudios de investigación orientados a ofrecer nuevas
aportaciones para ser incluidas en el nivel 2 del modelo OSI de los
futuros sistemas de comunicaciones móviles de tercera generación.
Doctoral Thesis
Título: “Access Techniques and Resource Management to Guarantee
Quality of Service in CDMA-based Mobile Communication Systems”
Autor: Luis Gonzaga Alonso Zárate
Director: Ramón Agustí Comes
This thesis provides some new contributions for the development of
the future third generation mobile communication systems. This new
generation will use a CDMA multiple access technique and pretends to
guarantee a certain quality of service in the transmissions. In this
sense, this thesis presents new proposals of Medium Access Control
Protocols (MAC) and radio resource management algorithms (RRM).
These proposals have been presented, studied and analysed in
different representative scenarios and it has been proved their
suitability for a real communication system. They are also simple to
implement and they have a very high efficiency in the use of the
transmission resources. Therefore, all of them are promising in order to
became part of the future standards.
Summarising the main aspects of the thesis, they are:
? The requirements of the radio interface of the future third
generation mobile communication systems have been studied in detail,
focusing in packet switched mode and CDMA access.
? A new MAC protocol has been proposed to work in this scenario. A
theoretical model has been developed in order to obtain its performance
in a generic traffic situation. The near-optimum properties of the
protocol have been demonstrated. These properties affect delay,
throughput and stability. The protocol also introduces a new concept of
distributed control, which minimises control information, improving the
overall performance.
? Some computer simulations have been carried out to verify the
analytic model. It has been proved that the packet delay is minimised
and the channel efficiency is almost the maximum theoretical one. Also,
the stability is kept for any traffic load.
? A receiver structure for the detection of the access requests has
been proposed. This scheme has been studied and analysed, and all the
misdetection probabilities have been derived in the presence of a real
radio channel with fast fading. The required modifications in the MAC
protocol needed to maintain the stability have been introduced and
analysed.
? The MAC protocol parameters have been optimised in order to keep
the same performance properties whichever the traffic load pattern could
be. In particular, the worst case scenario of very frequent short
messages has been studied in detail. Some modifications have been
proposed and introduced in order to reach this objective.
? Some computer simulations have been carried out to demonstrate the
inherent capacity of the MAC protocol to operate in heterogeneous
traffic situations. Also, a dynamic rate adaptation algorithm has been
proposed and analysed to improve the overall performance.
? A cellular mobile communications system based on the MAC protocol
has been designed and simulated. It has been proved that the control
information of the protocol can be used to improve the mobility
mechanisms of the system: power control and handover decisions.
? New Radio Resource Management strategies have been proposed and
analysed, in order to provide the system the capacity to guarantee a
certain quality of service in the transmissions.
