Wireless Network Design: Optimization Models and Solution ...

xii Contents
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
13 Optimization of Wireless Broadband (WiMAX) Systems. . . . . . . . . . . 295
Hang Jin and Li Guo
13.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
13.2 Brief Description of WiMAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
13.2.1 WiMAX Physical Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
13.2.2 WiMAX MAC Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
13.3 Radio Resource Allocation Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
13.3.1 Modulation Coding Scheme Selection . . . . . . . . . . . . . . . . 303
13.3.2 MIMO Mode Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
13.3.3 Power Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
13.3.4 Link Adaptation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
13.4 Scheduling Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
13.4.1 Round Robin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
13.4.2 Proportional Fair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
13.4.3 Max System Throughput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
13.4.4 WiMAX QoS Policy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
13.5 System Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
13.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
14 Cross Layer Scheduling in Wireless Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
Nitin Salodkar and Abhay Karandikar
14.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
14.2 Wireless Channel Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
14.2.1 Point-to-Point Capacity with Perfect Transmitter CSI . . . 324
14.2.2 Multiuser Capacity with Perfect Transmitter CSI on the
Uplink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
14.3 A Framework for Cross Layer Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
14.3.1 Opportunistic Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
14.3.2 Energy Efficient Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
14.3.3 System Model for Centralized Scheduling . . . . . . . . . . . . . 330
14.4 Fair Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
14.4.1 Notions of Fairness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
14.4.2 Fair Scheduling Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
14.5 Power Optimal Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
14.5.1 Single User Scheduling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
14.5.2 Multiuser Uplink Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
14.6 Scheduling Schemes that Maximize Throughput . . . . . . . . . . . . . . . 345
14.6.1 Throughput Optimal Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
14.6.2 Delay Optimal Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350