تحلیل عملکرد و تخصیص بهینه منابع در شبکه های رله مشارکتی چند کاربره
چکیده
در این رساله به بررسی و ارائه راه حل چند چالش عملیاتی موجود در طراحی سیستم های مشارکتی بی سیم چند کاربره می پردازیم. شبکه های رله مشارکتی برای افزایش ظرفیت، پوشش و کاهش تداخل در شبکه های بی سیم ارائه شده اند و تاکنون کارهای زیادی در این زمینه انجام شده است. اما هنوز در زمینه mimo و شبکه های دو طرفه و شبکه های همتا به همتا مسائلی باز وجود دارد. در دو فصل اول پایان نامه سیستم های رله df و در سه فصل بعدی رله af را بررسی نموده ایم. در بخش اول که مشتمل بر فصول اول و دوم می باشد، به بررسی شبکه مشارکتی دو پرشی چند کاربره با حضور رله های باززا می پردازیم که در آن به منظور سنجش عملکرد شبکه، معیار های تعیین عملکرد از قبیل احتمال قطع، احتمال خطای سمبل و متوسط ظرفیت کانال به فرم بسته در سناریو های عملی مختلف از قبیل تخمین ناقص کانال، وجود یا عدم وجود مسیر مستقیم بین فرستنده و گیرنده و همچنین در حضور کانال های فیدینگ مختلف مورد بررسی قرار می گیرند. در این بخش مرتبه چند گانگی و بهره کدینگ سیستم جهت رسیدن به دید بهتر از مدل سیستم مشارکتی مورد توجه قرار می گیرند. علاوه بر این، مسئله بهینه سازی به منظور تخصیص مناسب توان در شبکه بی سیم ارائه و حل می شود که منجر به کاهش احتمال قطع و احتمال خطای سیستم می شود. در بخش دوم که فصل سوم را شامل می شود، یک سیستم رله مشارکتی دو پرشی چند کاربره به مانند بخش اول در نظر گرفته می شود که در آن به منظور استفاده از جنبه های مثبت مخابرات mimo، گره های موجود در شبکه از کدهای فضا زمان بلوکی بهره می برند. در اینجا دو سناریوی انتخاب رله یکی بر مبنای سنجش snr انتها به انتها و دیگری براساس انتخاب بر مبنای snr یکی از پرش ها ارائه می شود و برای هر سناریو به طور جداگانه احتمال قطع، احتمال خطای سمبل و ظرفیت کانال سیستم به فرم بسته بدست می آید. همچنین با مقایسه بهره های چند گانگی دو سناریو مشخص می شود که سناریوی اول دارای مرتبه چند گانگی بیشتر و سناریوی دوم دارای بهره کدینگ بیشتر می باشند. در بخش سوم که فصل چهارم را شامل می شود، سیستم رله دو طرفه به منظور افزایش راندمان طیفی سیستم نسبت به مدل سیستم بخش های قبل در حضور یک رله شفاف بررسی می شود که در آن گره های دیگری تداخل با گره های اصلی دارند که این مسئله در کلی ترین فرم ممکن خود می باشد که تاکنون بررسی شده است. در ادامه با روابط ریاضی، فرم بسته احتمال قطع و احتمال خطای سمبل هر دو گره مبدأ و همچنین کل سیستم وقتی کانال ها از توزیع ناکاگامی پیروی می کنند استخراج می شود. همچنین مرتبه چند گانگی این سیستم به صورت تحلیلی حساب می شود. سه مسئله بهینه سازی عملی به نام های تعیین مکان بهینه رله، تخصیص توان بهینه گره ها و مسئله تعیین مکان و تخصیص توان به طور مشترک ارائه می شوند که در آنها احتمال قطع در یکی از گره های مبدأ و همین طور احتمال قطع انتها به انتها به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده و مکان و توان بهینه بدست می آید. در ادامه دو سناریوی فرض تخصیص توان برابر و نا برابر برای گره های تداخل گر بررسی می شود و نشان داده می شود که سناریوی برابر در snr های پائین و سناریوی نا برابر در snr های بالا از دیگری عملکرد بهتری دارند. در پایان در بخش چهارم که شامل فصل پنجم می شود چندین گره فرستنده و چندین گره گیرنده همراه با چندین گره رله در نظر گرفته می شود. مسئله کمینه سازی مجموع توان رله ها با تضمین sinr مورد نیاز کاربران ارائه می شود. چون جواب این مسئله بدلیل تخمین ناقص کانال در شرایط واقعی و همچنین خطای کوانتیزاسیون اطلاعات ناپایدار است، مسئله بهینه سازی مقاوم تعریف می شود که در آن دو روش حل مسائل مقاوم یکی روش آماری و دیگری روش بدترین حالت بررسی و به کمک ریاضیات sdp و socp جواب های نزدیک به بهینه بدست می آید. نتایج نشان می دهد که با صرف مقدار بیشتری توان نسبت به حالت نامقاوم، مسئله در اکثر اوقات جواب قابل قبول دارد.
