Wireless network coding for multiple unicast transmissions
Birden çok tekegönderim için kablosuz ağ kodlaması
- Tez No: 368815
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALİ ÖZGÜR YILMAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 100
Özet
Bu çalışmanın ilk kısmında, kablosuz kanallarda sönümlemenin bozucu sonuçlarıyla başa çıkmak için ağ kodlamayı temel alan, kolay uygulanabilir ve etkili bir işbirlikli haberleşme tekniğini öneriyoruz. Önerilerimizin kurgusunu günümüzde kullanılan birçok haberleşme sisteminde de doğal olarak karşılaşılan birden fazla tekegönderim senaryosu üzerinde şekillendiriyoruz. Önerilen teknik, birbirini duyan ve doğrusal blok kodların üreteç matrislerini temel alarak dağıtık bir şekilde kodlama görevi yapacak düğümler üzerinden elde edilecek uzamsal çeşitleme kazancından faydalanmaktadır. Tekniğin örneklenmesinde, ikili alanda tanımlanmış greedy blok kodlarını kullanıyoruz ve Zaman Bölümlemeli Çoklu Erişim tarzında kanal kullanımını uyarlıyoruz. Bu kodlar aracılığıyla, seçilen üreteç matrisine ait ayrım vektörünün belirlediği farklı çeşitleme derecelerinin istenilen düğümlere atanabileceğini gösteriyoruz. Ağda iletilen bilgi sembollerinin eniyi tespit kuralıyla belirlenmesi yanında, dağıtık blok koda göre inşa edilmiş bir Tanner çizgesi üzerinde yinelemeli olarak çalışan toplam-çarpım algoritmasına dayanan özgün bir ağ kodu çözücü yapısı sunuyoruz. Bu ağ kod çözücünün hem düşük işlem yükü sağlaması hem de eniyi tespit kuralına yakın başarımı sergilemesi nedeniyle avantajlı olduğunu gösteriyoruz. Buna ilaveten ağ kodlamalı tekniğin, kablosuz kanalı herhangi bir kodlamaya başvurmaksızın ardışık olarak kullanan yalın Otomatik Tekrar İsteği (ARQ) tekniğine olan üstünlüğünü ortaya koyuyoruz ve iki teknik arasındaki başarım farkını ilgili veri oranı - çeşitleme derecesi ödünleşimi eğrileri ile açıklıyoruz. İkinci kısımda, önerdiğimiz ağ kodlamalı sistem için yaklaşık ortalama bit hata olasılığı ifadelerini türetiyoruz. Bu ifadelere ulaşmak için öncelikle işbirlikli sistemlerin anlık bit hata olasılığı ifadelerinde sıklıkla karşılaşılan ve birden fazla değişkene bağlı Q-fonksiyonlarını ele alıyoruz. Bu Q-fonksiyonlarını içeren beklenti integrallerini kolaylıkla hesaplayabilmek için örnekleme özelliği adı verilen bir yöntemin yakınsama karakteristiğini inceleyip bu özelliği birden çok değişkenin herhangi bir fonksiyonu için geçerli olacak şekilde genelleştiriyoruz. Sonrasında analiz basitliğini sağlamak için eş değer kanal yaklaşımını ağ kodlamalı senaryoya uyarlayıp, karşılık gelen eniyi altı ağ kodu çözücüsünü İşbirlikli-Enbüyük Oran Birleştirmesi metodu üzerinden tanımlıyoruz. Son aşamada, örnekleme özelliğini, eşdeğer kanal yaklaşımını ve İşbirlikli-Enbüyük Oran Birleştirmesi metodunu birleştirerek kapalı formdaki bit-hata-olasılığı ifadelerine ulaşıyoruz. Elde edilen bu kapalı form ifadelerin önerilen ağ kodlamalı sistemin başarımı ile geniş bir Sinyal-Gürültü-Güç Oranı aralığı içindeki uyumu benzetimler aracılığıyla gösteriliyor. Ağ kodlaması alanındaki haberleşme penceresinden bakan ilkin çalışmalardan biri olarak, önerdiğimiz sistem modeli ve analiz tekniklerinin; daha çok sayıda düğümden oluşan ve kanal kodlaması, kaynakların yeniden kullanımı, kanal kestirimi, çok kullanıcılı girişim yönetimi ve benzeri pratik konuların değerlendirildiği daha genel ağ kodlamalı sistemlerin tasarım ve başarım analizinde yapıtaşlarını teşkil etmesi beklenmektedir.
Özet (Çeviri)
In this work, firstly we propose a practical and effective cooperative communication technique based on network coding (NC) in order to mitigate the detrimental consequences of fading in wireless channels. We base our formulation on multiple unicast transmissions which is the natural way of communication in many modern wireless networks. The proposed technique utilizes spatial diversity through cooperation between overhearing nodes which carry out distributed encoding operations dictated by the generator matrices of chosen linear block codes. In order to exemplify the technique, we make use of greedy codes over the binary field and adapt a Time Division Multiple Access (TDMA) type use of the channel. We show that arbitrary diversity orders can be flexibly assigned to the nodes according to the separation vector corresponding to the generator matrix. In addition to the optimal detection rule for deciding on the information symbols transmitted in the network, we present a novel network decoder which relies on the sum-product (SP) algorithm running on a Tanner graph that is constructed for the underlying distributed block code. This network decoder is shown to be both advantageous in terms of its low-complexity and its performance which is very close to that of the optimal one. We further show asymptotic superiority of NC over a plain Automatic Repeat-reQuest (ARQ) method that utilizes the wireless channel in a repetitive manner without NC and present related rate-diversity trade-off curves. In the second part, we derive approximate average bit-error-rate (BER) expressions for the proposed network coded system. In order to reach these expressions, we initially consider the cooperative systems' instantaneous BER values that are commonly composed of Q-functions of more than one variable. For evaluating the expectation integrals involving these Q-functions easily, we investigate the convergence characteristics of the sampling property for integrand functions and generalize this property to arbitrary functions of multiple variables. Then, we adapt the equivalent channel approach to the network coded scenario for ease of analysis and propose a corresponding suboptimal network decoder based on the Cooperative-Maximal Ratio Combining (C-MRC) method. Finally, by combining the sampling property, equivalent channel assumption and C-MRC technique, we reach closed form average BER expressions. Through simulations, the agreement of the obtained closed form expressions with the performance of the proposed network coded system is demonstrated in a wide SNR range. As one of the initial studies from the communication theory window in the field of NC, the proposed system model and the analysis techniques are expected to serve as the building blocks for the design and the performance analysis of general network coded systems with larger number of nodes and practical considerations like channel coding, resource reuse, channel estimation, multi-user interference management, etc.
Benzer Tezler
- Tasarsız ağlarda ve çok kullanıcılı çok girişli çok çıkışlı haberleşme sistemlerinde üstdüşüm kodlama kullanımı.
Superposition coding in ad-hoc networks and downlink multi-user multiple input multiple output systems
AHMET ZAHİD YALÇIN
Doktora
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞE MELDA YÜKSEL TURGUT
- Kablosuz algılayıcı ağlarda çoklu omurga üzerinden tüme gönderim probleminin hedef programlama ile optimizasyonu
Goal programming approach with multiple backbones for broadcast in wireless sensor networks
BÜŞRA GÜLTEKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞEGÜL ALTIN KAYHAN
PROF. DR. BÜLENT TAVLI
- Wireless physical layer network coding for multiple antenna systems
Çoklu anten sistemleri için kablosuz fiziksel katman ağı kodlaması
MERT İLGÜY
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BERNA ÖZBEK
- Design and performance analysis of enhanced network coded cooperative communication systems
Gelişmiş ağ kodlamalı işbirlikli haberleşme sistemlerinin tasarımı ve performans analizi
RIDA KHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ALTUNBAŞ
- Anten seçimli fiziksel katman ağ kodlama
Physical layer network coding with antenna selection
MUSTAFA YAĞIMLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ALTUNBAŞ