Redes celulares entraram recentemente no competitivo mercado de provimento de serviÃos de dados devido principalmente aos avanÃos tecnolÃgicos da terceira geraÃÃo (3G) e da iminente quarta geraÃÃo (4G). Os sistemas Long Term Evolution (LTE) e LTE-Advanced sÃo exemplos de redes celulares que proporcionam altas taxas de dados a seus usuÃrios. A necessidade de estar conectado de forma permanente e os novos e poderosos dispositivos mÃveis sÃo fortes indicadores que o mercado de banda larga mÃvel ainda possui potencial de crescimento em nÃvel global. Este novo cenÃrio com sofisticados dispositivos mÃveis permite a rÃpida popularizaÃÃo de novas aplicaÃÃes de dados mÃveis. Como consequÃncia, esperamos que o trÃfego nas redes mÃveis tenham um aumento considerÃvel nos prÃximos anos. Portanto, o provimento de Qualidade de ServiÃo (do inglÃs, Quality of Service (QoS)) para serviÃos heterogÃneos consiste em um cenÃrio desafiador para os operadores dos sistemas e indÃstria em um futuro prÃximo. De forma a enfrentar esses desafios, algumas melhorias foram realizadas no nÃcleo da rede por meio do advento da arquitetura por chaveamento por pacotes baseado em protocolo da internet (do inglÃs, Internet Protocol (IP)). Na rede de acesso de rÃdio, tivemos como avanÃos o uso de mÃltiplas antenas nos nÃs da rede e a adoÃÃo dos esquemas de mÃltiplo acesso por divisÃo de frequÃncias ortogonais (do inglÃs, Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA)) e mÃltiplo acesso por divisÃo de frequÃncias com portadora Ãnica (do inglÃs, Single Carrier - Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA)) nos enlaces direto e reverso do sistema LTE, respectivamente. Outra funcionalidade que destacamos como relevante para enfrentar os desafios das prÃximas geraÃÃes de redes celulares consiste no uso de alocaÃÃo de recursos de rÃdio (do inglÃs, Radio Resource Allocation (RRA)). Algoritmos de RRA sÃo responsÃveis pelo gerenciamento dos recursos de rÃdio tais como intervalos de tempo (do inglÃs, time slots), canais espaciais e grupos de frequÃncias que em geral sÃo escassos. Neste contexto, nÃs estudamos nesta tese o uso de RRA em redes celulares de forma a melhorar a eficiÃncia no uso dos recursos e garantir um provimento sustentÃvel de mÃltiplos serviÃos. Especificamente, modelamos RRA como o problema de otimizaÃÃo de maximizaÃÃo da taxa total de transmissÃo sujeito a restriÃÃes de satisfaÃÃo mÃnimas por serviÃo. Este problema à estudado ao longo da tese em diferentes cenÃrios resultantes da combinaÃÃo de diferentes esquemas de mÃltiplo acesso e mÃltiplas antenas. Como principais contribuiÃÃes temos a caracterizaÃÃo de soluÃÃes Ãtimas, propostas de heurÃsticas de baixa complexidade, avaliaÃÃo de desempenho por meio de simulaÃÃes computacionais e por fim a anÃlise da complexidade dos algoritmos envolvidos.
