Power optimization, network coding and decision fusion in multi-access relay networks
Çoklu erişimli röle destekli şebekeler için güç eniyilemesi, şebeke kodlaması ve karar tümleştirmesi
- Tez No: 389496
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEHMET KESKİNÖZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 199
Özet
Çoklu erişimli röle (ÇER) destekli haberleşme kanalları, yüksek hızda güvenilir haberleşme ve oldukça geniş kapsama alanı sağlaması nedeniyle hiyerarşik kablosuz duyarga ağları (KDA) ve iki yönlü röle kanalları gibi uygulamalarda kullanılmaktadır. Bu tezde, belli kriterleri dikkate alarak (sembol hata oranını (SHO) en azlamak, veya ortalama toplam ulaşılabilir veri hızını en çoklamak gibi) ÇER kanala performansını artırmak için en uygun güç paylaştırma, şebeke kodlama ve bilgi tümleştirme teknikleri geliştirdik. Bu sebepten ilk olarak hiyerarşik KDAlar için en uygun bilgi tümleştirme kuralını, eksiksiz kanal durum bilgisi (KDB) ve tam faz bilgisi ile kanal istatistiği (Kİ) durumları için ayrı ayrı türettik. Sonra, alıcıların KDBye sahip oldukları varsayımı altında, ulaşılabilir toplam veri hızı ve şebekenin SHO üst sınırı en iyileme ölçülerini kullanarak, kompleks alan şebeke kodu (KAŞK) kullanan ÇER kanalın en iyilemesini inceledik. Daha sonra, çöz ve ilet aktarma kullanan ÇER için kullanıcılar arasında ortalama ulaşılabilir veri hızı açısından adil olan ve ulaşılabilir toplam veri hızını en çoklayan güç paylaştırma problemini toplam güç kısıtını ve şebeke geometrisini hesaba katarak formülize ettik. Bu problemin dışbükey ve doğrusal olmadığını gösterip, parametere uzayını uygun bir şekilde dört bölgeye bölerek analitik bir sonuç elde ettik. Ardından, KAŞK kodlanmış ÇER için ortalama bir SHO üst sınır türettik ve KAŞK ve röle güç değerlerini toplam güç kısıtı altında SHO üst sınırını en azlayacak şekilde ortaklaşa en iyilemeyi hedefledik ki bu problemin Karush-Kuhn-Tucker koşullarındaki yüksek doğrusalsızlık nedeni ile analitik olarak çözülemeyen bir dışbükey program olduğunu gösterdik. Bunun üzerine, ilklendirme sırasında veri hızını açısından en uygun olan analitik çözümü kullanan yinelemeli bir metod tasarladık ve bunun eşit güç paylaşımına göre yinelemeli sistemin yakınsamasını hızlandırdığını gördük. Ardından, KAŞKı dikey olmayan kanallar üzerinden çalışan KDAlara entegre ettik ve en uygun tümleştirme kuralını türettik; SHO üst sınrını en azlama ve ortalama veri hızı adaleti fikirlerini birleştirerek KAŞKı ve röle gücünü birlikte en iyileyen yaklaşık bir analitik metod önerdik. Benzetim sonuçları önerdiğimiz methodların geleneksel metodlara göre sezim olasılığı, ulaşılabilir ortalama toplam veri hızı ve ortalama SHO açısından üstün olduğunu gösterdi.
Özet (Çeviri)
Multi-access relay (MAR) assisted communication appears in various applications such as hierarchical wireless sensor networks (WSN), two-way relay channels (TWRC) etc. since it provides a high speed and reliable communication with considerably large coverage. In this thesis, we develop the optimal power allocation, network coding and information fusion techniques to improve the performance of MAR channel by considering certain criterion (e.g., minimizing the average symbol error rate (SER) or maximizing the average sum-rate. For this purpose, we first derive optimal information fusion rules for hierarchical WSNs with the use of complete channel state information (CSI) and the partial CSI using channel statistics (CS) with the exact phase information. Later, we investigate the optimization of the MAR channel that employs complex field network coding (CFNC), where we have used two different metrics during the optimization: achievable sum rate and SER bound of the network under the assumption of receiver CSI. After that, we formulate the optimal power allocation problem to maximize the achievable sum rate of the MAR with decode and forward relaying while considering fairness among users in terms of their average achievable information rates under the constraints on the total power and network geometry. We show that this problem is non-convex and nonlinear, and obtain an analytical solution by properly dividing parameter space into four regions. Then, we derive an average SER bound for the CFNC coded MAR channel and aim to jointly optimize the CFNC and the relay power by minimizing SER bound under the total power constraint, which we prove as a convex program that cannot be solved analytically since the Karush-Khun-Tucker (KKT) conditions result in highly nonlinearity equations. Following that, we devise an iterative method to obtain SER optimal solutions which uses the information theoretical rate optimal analytical solution during the initialization and we show that this speeds up the convergence of the iterative method as compared to equal power allocation scheme. Next, we integrate CFNC into WSNs that operate over non-orthogonal communication channel, and derive optimal fusion rule accordingly, combine the SER bound minimization and the average rate-fairness ideas to come up with an approximate analytical method to jointly optimize CFNC and the relay power. Simulation results show that the proposed methods outperform the conventional methods in terms of the detection probability, achievable average sum-rate or average SER.
Benzer Tezler
- Trijenerasyon sistemlerinin modellenmesine yönelik yeni bir yaklaşım: Bir üniversite uygulaması
A new approach for the modelling of trigeneration system: A university applications
KEZBAN BULUT
Doktora
Türkçe
2016
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLGÜN KAYAKUTLU
- Accelerating molecular docking using machine learning methods
Kenetleme hesaplarının makine öğrenme metotları ile hızlandırılması
ABDULSALAM YAZID BANDE
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Bilimleri Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. Dr. SEFER BADAY
- Privatization, liberalization and deregulation of Turkish state railways and frameworks for public-private partnerships
Türkiye devlet demiryollarının kamu-özel işbirliği kapsamında özelleştirilmesi ve serbestleşmesi
SHAHIN SHAKIBAEI
Doktora
İngilizce
2020
Ulaşımİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PELİN ALPKÖKİN
- New edge computing offloading methods for next generation wireless networks
Yeni nesil haberleşme sistemleri için geliştirilen kenar ağlarda bilgi işlem yük boşaltma yöntemleri
BESTE ATAN
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFİYE DURAK ATA
- Gemi makine dairesi bakım işlemlerinin verimlilik analizi
Efficiency analysis of maintenance of ship machinery systems
ÇAĞLAR KARATUĞ
Doktora
Türkçe
2023
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YASİN ARSLANOĞLU