In this paper, we investigate the effect of cooperative and selection relaying schemes on multiuser diversity in downlink cellular systems with fixed relay stations (RSs). Each mobile station (MS) is either directly connected to a base station (BS) and/or connected to a relay station. We first derive closed-form solutions or upper-bound of the ergodic and outage capacities of four different downlink data relaying schemes: A direct scheme, a relay scheme, a selection scheme, and a cooperative scheme. The selection scheme selects the best access link between the BS and an MS. For all schemes, the capacity of the BS-RS link is assumed to be always larger than that of RS-MS link. Half-duplex channel use and repetition based relaying schemes are assumed for relaying operations. We also analyze the system capacity in a multiuser diversity environment in which a maximum signal-to-noise ratio (SNR) scheduler is used at a base station. The result shows that the selection scheme outperforms the other three schemes in terms of link ergodic capacity, link outage capacity, and system ergodic capacity. Furthermore, our results show that cooperative and selection diversity techniques limit the performance gain that could have been achieved by the multiuser diversity technique.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.33
no.6C
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pp.423-428
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2008
We consider the use of cooperative diversity in a multiuser wireless data network. This paper provides an analysis of the interaction between cooperative diversity and multiuser diversity on downlink channels. By using approximation of the signal-to-noise ratio (SNR) distribution of each cooperative diversity link by Gamma distribution, an analytic expression is derived for the average throughput of a single-cell wireless system with multiple cooperative diversity links combined with a fair-access scheduler. The proposed analytic approach is verified through comparisons with simulated results and shows that cooperative diversity makes the detrimental impacts on multiuser diversity.
Opportunistic scheduling provides the capability of resource management in wireless networks by taking advantage of multiuser diversity and by allowing delay variation in delivering data packets. It generally aims to maximize system throughput or guarantee fairness and quality of service (QoS) requirements. In this paper, we develop an extended proportional fair (PF) scheduling policy that can statistically guarantee three kinds of QoS. The scheduling policy is derived by solving the optimization problems in an ideal system according to QoS constraints. We prove that the practical version of the scheduling policy is optimal in opportunistic scheduling systems. As each scheduling policy has some parameters, we also consider practical parameter adaptation algorithms that require low implementation complexity and show their convergences mathematically. Through simulations, we confirm that our proposed schedulers show good fairness performance in addition to guaranteeing each user's QoS requirements.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.31
no.8A
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pp.798-803
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2006
An opportunistic scheduling is adopted to improve the capacity of the system by exploiting the multiuser diversity of multiuser MIMO(MU-MIMO) systems. However it requires the large amount of feedback carrying the channel quality information(CQI) of each user to the transmitter, The considered per user unitary and rate control(PU2RC) needs to feedback the preferred preceding index and its CQIs, and it has a defect in scheduling the streams for the grouped user. In order to overcome these drawbacks, a novel feedback reduction scheme is proposed in this paper. It employs transmitter controlled preceding and opportunistic feedback(TCP-OFB). The simulation results demonstrate that TCP-OFB shows comparable performance to PU2RC while it only requires far reduced feedback load.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.16
no.1
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pp.319-333
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2022
In order to enhance system energy efficiency, bidirectional link resource allocation strategy in GFDM-based multiuser SWIPT systems is proposed. In the downlink channel, each SWIPT user applies power splitting (PS) receiver structure in information decoding (ID) and non-linear energy harvesting (EH). In the uplink channel, information transmission power is originated from the harvested energy. An optimization problem is constructed to maximize weighted sum ID achievable rates in the downlink and uplink channels via bidirectional link power allocation as well as subcarriers and subsymbols scheduling. To solve this non-convex optimization problem, Lagrange duality method, sub-gradient-based method and greedy algorithm are adopted respectively. Simulation results show that the proposed strategy is superior to the fixed subcarrier scheme regardless of the weighting coefficients. It is superior to the heuristic algorithm in larger weighting coefficients scenario.
Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) and multiple input multiple output (MIMO) technologies provide additional dimensions of freedom with spectral and spatial resources for radio resource management. Multi-dimensional radio resource management has recently been identified to exploit the full dimensions of freedom for more flexible and efficient utilization of scarce radio spectrum while provide diverse quality of service (QoS) guarantees. In this work, a multi-dimensional radio resource scheduling scheme is proposed to achieve above goals in hybrid orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) and space division multiple access (SDMA) systems. Cochannel interference (CCI) introduced by frequency reuse under SDMA is eliminated by frequency division and time division between highly interfered users. This scheme maximizes system throughput subjected to the minimum data rate guarantee. for heterogeneous users and transmit power constraint. By numerical examples, system throughput and fairness superiority of the our scheduling scheme are verified.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.31
no.6B
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pp.508-516
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2006
The explosive growth of wireless network users and the existence of various wireless services have demanded high rate throughput as well as user's QoS guarantees. Towards this, this paper proposes QoS-oriented subcarrier allocation scheme considering the QoS provisioning of multiple users, which is major requirement for wireless network design point of view. This paper introduces joint RR/K&H combined with M-LWDF(Modified Largest Weighted Delay First) scheme throughout observing statistical channel behavior and real time queuing analysis for appropriate resource allocation tightly connected to multiuser scheduling. Accordingly, the system throughput can be enhanced, and the QoS demanded for delay sensitive services can be satisfied. Furthermore, the proposed scheme is applied for OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) systems to allocate sub-carriers in optimal way. The simulation results verify plausible performances of proposed resource allocation scheme via showing superior effective capacity under time-varying physical-layer channel behaviors.
Kim, Young-Ju;Song, Hyoung-Joon;Kwon, Dong-Young;Hong, Dae-Sik
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.45
no.11
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pp.9-14
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2008
In this paper, we propose a collision avoidance scheduling to increase the multiuser diversity gains in the adaptive orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) system. The scheduling policy is based on the minimum collision criterion which investigates the differences of user channels. The paper includes the derivation of capacity expressions for the adaptive OFDMA system with the proposed scheduling. The analysis shows that the capacity of the system depends on the number of collisions between the selected users to be simultaneously served. Numerical results show that the proposed scheduling provides improved capacity performance over existing ones.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.31
no.9A
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pp.856-867
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2006
This paper proposes a new algorithm for opportunistic scheduling that take advantage of both multiuser diversity and power control. Motivated by the multicast RTS and priority-based CTS mechanism of OSMA protocol, we propose an opportunistic packet scheduling with power control scheme based on IEEE 802.11 MAC protocol. The scheduling scheme chooses the best candidate receiver for transmission by considering the SINR at the nodes. This mechanism ensures that the transmission would be successful. The power control algorithm on the other hand, helps reduce interference between links and could maximize spatial reuse of the bandwidth. We then formulate a convex optimization problem for minimizing power consumption and maximizing net utility of the system. We showed that if a transmission power vector satisfying the maximum transmission power and SINR constraints of all nodes exist, then there exists an optimal solution that minimizes overall transmission power and maximizes utility of the system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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