Random access over wireless links: Optimal rate and activity probability selection
Kablosuz bağlantılar üzerinden rastgele erişim: En uygun kodlama oranı ve aktivite olasılığı seçimi
- Tez No: 467628
- Danışmanlar: PROF. DR. TOLGA METE DUMAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 91
Özet
Makine-makine iletişimi ve Nesnelerin İnterneti gibi yeni teknolojilere dayanan uygulamaların çoğalmasıyla birlikte kablosuz ağlarda hızla artan sayıda aygıttan dolayı basit bir kanal erişimi sağlayan rasgele erişim şemalarına artan bir ilgi var. Bu amaçla, son yıllarda orta erişim kontrol katmanının verimliliğini arttırmak için basit ALOHA protokollerine dayalı çeşitli şemalar önerilmiştir. Öte yandan, rasgele erişim ağlarının fiziksel katman özellikleri, nispeten daha az ilgi toplamıştır ve özellikle kablosuz kanallar üzerinden iletişim için altta yatan fiziksel katman özelliklerinin en uygun şekilde kullanımına ihtiyaç vardır. Bu tezde, kablosuz sönümlemeli kanallar üzerinden koordine edilmemiş rastgele erişim şemalarını inceliyoruz. Bu şemalarda, her kullanıcı, belirli bir zaman aralığında ortak bir alıcıya paketini göndermek isteyip istemediğini bağımsız olarak kararlaştırır. Sistem verimliliğini yani beklenen toplam kodlama oranını karakterize etmek için bir bilgi kuramı formülasyonu geliştirilmiştir. İki senaryoyu inceliyoruz: çok kullanıcılı algılama yeteneği olmayan klasik zaman dilimli ALOHA ve çok kullanıcılı algılama kapasiteli zaman dilimli ALOHA. Ana katkımız, kullanıcıların optimum kodlama oranları ve kanal etkinlik olasılıklarının, her iki senaryo için de sistem verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için alıcıya olan kullanıcı mesafelerinin (daha doğrusu, kullanıcıların sinyal/gürültü oranlarının) bir fonksiyonu olarak karakterize edilebilmesidir. Rayleigh sönümlemeyi ana kanal modelimiz olarak kullanıyoruz, ayrıca log-normal gölgelenmenin küçük ölçekli sönümleme ile birlikte mevcut olduğu durumları inceliyoruz. Önerilen en uygun kodlama oranı seçimi şemalarımız, literatürde yaygın olarak kullanılan aynı oran yaklaşımı ile karşılaştırıldığında beklenen sistem verimliliğinde önemli artış sağlamaktadır. Toplam verimlilik optimizasyonuna ek olarak, kullanıcılar arasındaki adil dağılım problemi de araştırılıp asgari miktarda bireysel verimliliği garanti eden çözümler geliştirilmiştir. Ayrıca, enerji verimliliğini artırmak ve gecikmeyi düşürmek için kullanıcıların kişisel kesilme olasılıklarını sınırlayan sistemleri de tasarlıyoruz. Bütün bu analitik çalışmalar detaylı sayısal örneklerle desteklenmekte ve önerilen yöntemlerin performansı değerlendirilmektedir.
Özet (Çeviri)
Due to the rapidly increasing number of devices in wireless networks with the proliferation of applications based on new technologies such as machine to machine communications and Internet of Things, there is a growing interest in the random access schemes as they provide a simple means of channel access. To this end, various schemes have been proposed based on the ALOHA protocol to increase the efficiency of the medium access control layer over the last decade. On the other hand, physical layer aspects of random access networks have received relatively limited attention, and there is a need to consider optimal use of the underlying physical layer properties especially for transmission over wireless channels. In this thesis, we study uncoordinated random access schemes over wireless fading channels where each user independently decides whether to send a packet or not to a common receiver at any given time slot. To characterize the system throughput, i.e., the expected sum-rate, an information theoretic formulation is developed. We consider two scenarios: classical slotted ALOHA, where no multi-user detection (MUD) capability is available and slotted ALOHA with MUD. Our main contribution is that the optimal rates and the channel activity probabilities can be characterized as a function of the user distances to the receiver to maximize the system throughput in each case (more precisely, as a function of the average signal to noise ratios of the users). We use Rayleigh fading as our main channel model, however, we also study the cases where log-normal shadowing is observed along with small scale fading. Our proposed optimal rate selection schemes offer significant increase in expected system throughput compared to the same rate approach commonly used in the literature. In addition to the overall throughput optimization, the issue of fairness among users is also investigated and solutions which guarantee a minimum amount of individual throughput are developed. We also design systems with limited individual outage probabilities of the users for increased energy efficiency and reduced delay. All of these analytical works are supported with detailed numerical examples, and the performance of the proposed methods are evaluated.
Benzer Tezler
- Relay selection and distributed code design for cooperative communication systems
Relay node selection with distributed code design in cooperative system over wireless communication
AHMED HUSSEIN RADIE AL-KHAYYAT
Doktora
İngilizce
2016
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolÇankaya ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ORHAN GAZİ
- Relaying opportunities for wireless networks by applying network coding
Kablosuz ağlar için ağ kodlamalı aktarma fırsatları
SEMİHA TEDİK BAŞARAN
Doktora
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNEŞ ZEYNEP KARABULUT KURT
- Sönümlemeli kanallarda kafes kodlamalı sistemler için birleşik serpiştirme tekniği
Combined interleaving technique for trellis coded systems in feding channels
ERSİN ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÜMİT AYGÖLÜ
- Resource allocation mechanisms for end-to-end delay optimization of 5G URLLC services
5G URLLC hizmetlerinin uçtan uca gecikme optimizasyonu için kaynak aktarım mekanizmaları
HASAN ANIL AKYILDIZ
Doktora
İngilizce
2024
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ALİ ÇIRPAN
DR. İBRAHİM HÖKELEK
- User activity detection in cell-free massive MIMO systems with sparse Bayesian learning
Hücresiz çoklu MIMO sistemlerinde seyrek Bayes öğrenmesi kullanılarak kullanıcı aktiflik tespiti
MUSA SELMAN ERGUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TEMEL ENGİN TUNCER