CONTROLLO OTTIMALE DELLA POTENZA IN SISTEMI DI COMUNICAZIONE WIRELESS MEDIANTE TEORIA DEI GIOCHI

Considering today's global technological landscape, the study of radio systems is very important. Given the widespread diffusion of mobile devices and the ever-increasing demand for wireless communication systems, developing methodologies that can improve the performance and efficiency of such systems is therefore a demanding but crucial challenge. In this context, this thesis will address the problem of shared resource management for wireless communication systems, focusing on the development of techniques aimed at the optimal power allocation of users in the sub-carriers of the radio spectrum, i.e., the portion of electromagnetic frequencies reserved for wireless communication. The aim of the thesis, specifically, is therefore the definition of non-centralised control algorithms that solve the problem of power allocation of transmitting units in the sub-carriers into which the radio channel is divided. These algorithms will be analysed both from a theoretical and applicative point of view, through the implementation in a Python environment and the presentation of a series of experimental results concerning the performance parameters of the network examined. The proposed algorithms are based on game theory, a branch of applied mathematics that describes and analyses scenarios in which the decisions of the participating agents are mutual and interactive. The methodology has been tested not only in the context of decentralised networks, but also of distributed networks, obtaining significant results in both cases. Subsequently, these experimental results were analysed in depth, making various comparisons between the operational scenarios considered, differentiated by number of network users and number of sub-carriers into which the channel was assumed to be divided.

Considerando il panorama globale odierno del mondo tecnologico, lo studio dei sistemi radio è di capitale importanza. Vista la diffusione capillare dei dispositivi mobili e la sempre crescente domanda di sistemi di comunicazione wireless, sviluppare metodologie che possano migliorare le prestazioni e l’efficienza di tali sistemi è pertanto una sfida impegnativa ma cruciale. In tale contesto, la presente tesi si incentra sulla tematica della gestione delle risorse condivise per sistemi di comunicazione wireless, ponendo attenzione sullo sviluppo di tecniche volte alla suddivisione ottimale della potenza di trasmissione degli utenti nelle sotto-bande dello spettro radio, ovvero laporzione di frequenze elettromagnetiche riservata alle comunicazioni senza fili. Lo scopo della tesi, nello specifico, è quindi la definizione di algoritmi di controllo non- centralizzati che risolvono il problema dell’allocazione di potenza delle unità trasmittenti nelle sotto-bande in cui il canale radio è suddiviso. Tali algoritmi verranno analizzati sia dal punto di vista teorico che applicativo, mediante l’implementazione in ambiente Python e la presentazione di una serie di risultati sperimentali riguardanti i parametri prestazionali della rete presa in esame. Gli algoritmi proposti si basano sulla teoria dei giochi, una branca della matematica applicata che descrive e analizza scenari in cui le decisioni degli agenti partecipanti sono mutue ed interattive. La metodologia è stata testata non solo nel contesto di reti decentralizzate, ma anche di reti distribuite, ottenendo risultati significativi in entrambi i casi. Successivamente, tali riscontri sperimentali sono stati analizzati approfonditamente, effettuando varie comparazioni tra gli scenari operativi presi in considerazione, differenziati per numero di utenti della rete e numero di sotto-bande in cui si è ipotizzato di suddividere il canale.