Resource allocation and performance metrics analysis in cooperative cellular networks. (Allocation de ressource et analyse des critères de performance dans les réseaux cellulaires coopératifs)

3 Résumé long de la thése en français 5 Introduction 15 1 State of the Art and Mathematical Background 20 1.1 Cooperative Communications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.1.1 General Context . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.1.2 Cooperative Communications Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.1.3 Gains of Cooperative Communications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.1.4 Channel Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.2 Cross-layer Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.3 Performance Metrics of Wireless Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 1.4 Energy Consumption Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 1.5 Mathematical Optimization Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 1.5.1 Standard Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 1.5.2 Optimal Solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 1.5.3 Lagrange Dual Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 1.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2 Resource Allocation for QoS Aware Relay-Assisted OFDMA Cellular Networks 40 2.