Білик Олександр Сергійович, Мартинчук Олександр Олександрович, Мерзлікін Анатолій Олександрович

Адаптивний розподіл ресурсів у LTE мережах на базі SDR з використанням гармонічного аналізу та предиктивного моделювання навантаження

Дослідження присвячене розробці математичної моделі адаптивного розподілу ресурсів у LTE-мережах на базі SDR з використанням гармонічного аналізу та предиктивного моделювання навантаження. Актуальність роботи зумовлена необхідністю підвищення ефективності використання обмежених мережних ресурсів в умовах зростання обсягів трафіку та вимог до якості обслуговування. Метою дослідження є розробка комплексного підходу до оптимізації розподілу ресурсів, що поєднує методи гармонічного аналізу з адаптивними алгоритмами управління. Запропоновано модифіковану модель гармонічного аналізу, яка враховує нестаціонарну та мультифрактальну природу мережного трафіку шляхом введення амплітудної та фазової модуляції гармонічних компонент і використання узагальненого показника Херста. Для оцінки параметрів моделі застосовано адаптивний алгоритм на основі методу найменших квадратів з експоненціальним забуванням. Задачу оптимізації сформульовано як багатокритеріальну нелінійну задачу з урахуванням ефективності використання ресурсів, енергетичних характеристик та показників якості обслуговування. Ефективність запропонованого підходу підтверджено результатами порівняльного аналізу, які демонструють підвищення ефективності використання частотно-часового ресурсу до 20%, зниження обчислювального навантаження на SDR-платформу до 30% та покращення енергетичної ефективності до 20%. Практичне значення роботи полягає у можливості підвищення продуктивності та адаптивності LTE-мереж на базі SDR в умовах динамічного трафіку.

Ключові слова: мережа, ресурс, LTE, SDR, оптимізація

Bilyk Oleksandr, Martynchuk Oleksandr, Merzlikin Anatolii

Adaptive Resource Allocation in SDR-Based LTE Networks Using Harmonic Analysis and Predictive Load Modeling

This paper presents a mathematical framework for adaptive resource allocation in SDR-based LTE networks using harmonic analysis and predictive load modeling. The relevance of the study is determined by the need to improve the efficiency of limited network resources under increasing traffic volumes and growing quality-of-service requirements. The aim of the research is to develop a comprehensive resource optimization approach that integrates harmonic analysis methods with adaptive control algorithms. A modified harmonic analysis model is proposed to account for the non-stationary and multifractal nature of telecommunication traffic by introducing amplitude and phase modulation of harmonic components and applying the generalized Hurst exponent. Model parameters are estimated using an adaptive least squares algorithm with exponential forgetting. The resource allocation task is formulated as a multi-criteria nonlinear optimization problem that accounts for resource utilization efficiency, energy performance, and quality-of-service indicators. The effectiveness of the proposed framework is confirmed by comparative analysis, demonstrating up to a 20% improvement in time–frequency resource utilization, up to a 30% reduction in computational load on the SDR platform, and up to a 20% increase in energy efficiency. The practical significance of the results lies in improving the performance and adaptability of SDR-based LTE networks in dynamic traffic environments.

Keywords: network, resource, LTE, SDR, optimization