بهينه سازي تخصيص نرخ و انرژي مبتني بر پرتوسازي در شبكه هاي راديو شناختگر

دﮐﺘﺮي

با توجه به افزايش روزافزون دستگاه¬هاي مخابراتي، شبكه¬هاي راديو شناختگر جهت استفاده پويا از طيف فركانسي معرفي شده¬اند. در شبكه¬هاي راديو شناختگر، كاربران ثانويه در صورت عدم ايجاد تداخل مخرب در كاربران اوليه، اجازه استفاده از طيف فركانسي را خواهند داشت. استفاده از مشخصات فضايي سيگنال¬هاي ارسالي توسط كاربران ثانويه مي¬تواند تداخلات ايجاد شده در كابران اوليه را كنترل كند. اين كار، توسط پرتوسازي امكان پذير است. در اين رساله، روش جديد پرتوسازي و تخصيص توان جهت استفاده در شبكه¬هاي راديو شناختگر مشاركتي با تعداد دلخواه فرستنده-گيرنده ثانويه پيشنهاد شده است كه كاربران ثانويه به قيمت مشاركت در ارسال اطلاعات كاربر اوليه اجازه استفاده از طيف فركانسي را خواهند داشت. الگوريتمي جهت يافتن توان بهينة ارسالي كاربران ثانويه، بردارهاي پرتوسازي ثانويه و مشاركتي و همچنين ضريب مشاركت هر كاربر ثانويه ارائه شده است. نتايج شبيه سازي گوياي اين مطلب است كه مشاركت كاربران ثانويه باعث افزايش نرخ ارسال كاربر اوليه مي¬شود. با فرض داشتن خطا در تخمين ضرايب كانال، در اين رساله يك روش پرتوسازي مقاوم پيشنهاد شده است كه براي شبكه¬هاي راديو شناختگر با تعداد دلخواه كاربر اوليه و ثانويه مي¬باشد. با استفاده از روابط جبري ماتريسي و نامساوي¬هاي برنستاين، مسئله نامحدب اوليه به صورت يك مسئلة شبه محدب تبديل شده است. با توجه به شبه محدب بودن مسئلة جايگزين، الگوريتمي براي يافتن بردارهاي پرتوسازي ارائه شده است. اثبات همگرايي اين الگوريتم براي رسيدن به جواب بهينه بيان گرديده است. شبيه سازي¬هاي انجام شده مؤيد اين است كه نرخ قابل دستيابي توسط روش پيشنهادي بيش از روش¬¬هاي ارائه شده در سال¬هاي گذشته است. با توجه به اهميت استفاده از منابع انرژي¬ جديد، ارسال همزمان داده و انرژي در اين رساله بررسي شده است. يك روش پرتوسازي مقاوم جهت استفاده در شبكه¬هاي راديو شناختگر لينك فروسو ارائه دهندة ارسال همزمان داده و توان به صورت بيسيم پيشنهاد شده است. تعداد كاربران در اين شبكه دلخواه مي¬باشد. تابع هزينه در اين روش بيشينه كردن كمينه نرخ در ميان كاربران اوليه و ثانويه است. قيدهايي بر روي حدأقل SINR دريافتي كاربران، تداخل كاربران اوليه، توان دريافتي در كاربران انرژي و امنيت اطلاعات داده در كاربران انرژي لحاظ شده است تا كيفيت شبكه به صورت احتمالي تضمين شود. با توجه به تعداد بسيار زياد قيدهاي در نظر گرفته شده، مدلسازي قيدها به گونه¬اي انجام شده است كه ميزان محاسبات براي به دست آوردن وزن¬هاي بهينه پرتوسازي تا حد ممكن كم باشد. در بخش ديگري از اين پژوهش، يك روش جديد جهت پرتوساي در شبكه¬هاي راديو شناختگر مشاركتي دسترسي چندگانه نامتعامد و ارائه دهندة همزمان داده و انرژي پيشنهاد داده شده است. در اين روش، در حالت نبود لينك مستقيم بين فرستنده و گيرنده اوليه، كاربران ثانويه از انرژي ذخيره شده از سيگنال راديويي استفاده مي¬كنند و اطلاعات كاربر اوليه را رله مي¬كنند. با استفاده از روابط ماتريسي، مسئلة بهينه سازي به صورت يك مسئله شبه محدب تبديل شده است و الگوريتمي براي حل آن ارائه گرديده است. نتايج شبيه سازي گوياي اين است كه تمامي قيدهاي مسئله در هر دو روش پيشنهادي برقرار هستند. برتري روش پيشنهادي با انجام شبيه سازي نشان داده شده است.

193290

دانشگاه علم و صنعت ايران

مخابرات سيستم

دكتر وحيد طباطبا وكيلي