Optimales Downlink-Scheduling für OFDM-Mehrantennensysteme basierend auf Informations- und Warteschlangentheorie

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In der zur Zeit stattfindenden Spezifikationsphase der Mobilfunk-Standards der Generationen 3.5 und 4 gilt die Anwendung der OFDM-Übertragungstechnik (OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) als einer der Fixpunkte. Dank einer hohen spektralen Effizienz, Flexibilität und Robustheit in frequenzselektiven Kanälen, ist OFDM ein leistungsfähiges und zukunftsträchtiges Übertragungsverfahren. Des weiteren wird bezüglich der physikalischen Luftschnittstelle die Anwendung der MIMO-Übertragung (MIMO: Multiple-Input Multiple-Output) intensiv diskutiert. Durch die Verwendung mehrerer Sende- und Empfangsantennen ermöglicht die MIMO-Übertragung nachweislich höhere erreichbare Datenraten als Einzelantennensysteme. Die Spezifikationsphase orientiert sich ebenfalls an der künftig erhöhten Bedeutung der echtzeitkritischen Datenübertragung im Vergleich zur Sprachübertragung. ...Im Rahmen der sogenannten New Services in künftigen Mobilfunkstandards ist der Transfer von großen Datenmengen, bzw. hochratige Echtzeit-Übertragung (Streaming) vor allem in der Richtung von der Basisstation zu den einzehien Nutzern zu erwarten (Downlink). In diesem Zusammenhang ist die Optimierung der Ressourcen-Zuweisung (Scheduling) beim Downlink von großer Bedeutung. Vor diesem Hintergrund sollen im Rahmen dieses Projektes optimale Scheduling-Strategien im Downlink von OFDM-basierten Mehrantennensystemen entwickelt und analysiert werden. Die Optimalitätskriterien sollen dabei mit Hilfe der schichtübergreifenden Betrachtung der Datensicherungsschicht und der physikalischen Schicht erarbeitet werden. Bei dieser Betrachtungsweise wird, im Gegensatz zu der bisher üblichen getrennten Analyse beider Schichten, der Bit- und Informationsfluss der physikalischen Schicht und der Datenpaketverkehr der Datensicherungsschicht als ein einzelnes, kombiniertes Optimierungsproblem gesehen, das sowohl einen informationstheoretischen als auch einen warteschlangentheoretischen (Queueing Theory) Hintergrund hat. Die kombinierte Optimierung beider Schichten stellt ein Teilgebiet des sogenannten Cross-Layer Designs des Netzwerk-Schichtenmodells dar, das durch die gemeinsame Optimierung verschiedener schichtenspezifischer Kriterien nachweislich zur erhöhten Systemeffizienz führen kann. Das Ziel des Projektes ist daher die Entwicklung und Analyse von Downlink- Scheduling-Strategien, die auf geeignete Weise die warteschlangen- und informationstheoretischen Aspekte kombinieren. Beim Scheduling-Entwurf soll ebenfalls die Kanalqualität, Kanalstatistik und Art der Kanalfluktuation berücksichtigt werden. Als Ergebnis soll eine deutlich erhöhte Systemleistungsfähigkeit, Fairness der Ressourcen-Unterteilung zwischen den Nutzern und eine dienstspezifische Echtzeitfähigkeit erreicht werden.