Scheduling of energy harvesting for multi-antenna wireless powered communication networks (WPCNs)
Çok antenli kablosuz beslemeli iletişim ağları için enerji hasadı çizelgeleme
- Tez No: 593247
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SİNEM ÇÖLERİ ERGEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 45
Özet
Hibrit hüzmeleme, anten sayısından daha az radyo frekans zinciriyle çalışabildiği için dijital hüzmelemeye alternatif olarak sunulmuştur. Fakat, daha az sayıda radyo frekans zinciri kullanımı sebebiyle azalan özgürlük derecesi hatrı sayılır bir performans kaybına neden olmaktadır. Bu durumu aşmak için daha fazla özgürlük derecesi sağlayan enerji hasadı çizelgelemeyi (EHÇ) öneriyoruz. EHÇ'de zaman aralığı birçok zaman dilimlerine bölünmekte ve her zaman dilimine farklı hüzmeleme vektörleri atanmaktadır. Tezin ilk kısmında, EHÇ'nin kablosuz beslemeli iletişim ağlarının gecikme performansına etkisini aşağı yönlü enerji iletimi parametrelerine göre inceliyoruz. Hüzme vektörü ile birlikte enerji iletim süresinin eniyilenmesini araştırıyoruz ve sistemi, toplam aşağı yönlü iletim süresini minimize etmek için konveks olmayan ikinci dereceden kısıtlamalı birinci dereceden programlama olarak modelliyoruz. Bu eniyileme problemini matriks derece kısıtları ekleyerek, eşleniği yarı kesin programlamaya dönüştürüyoruz. Sonrasında, problemi derece kısıtlarını ceza fonksiyonu olarak amaç fonksiyonuna ekleyerek Alternating minimization (AM) algoritması ile yinemeli olarak çözüyoruz. Tezin ikinci kısmında ise sisteme yukarı yönlü veri iletimi parametrelerini dahil ediyoruz. Hüzme vektörü ve iletim süresinin yanında veri iletim süresinin ve yukarı yönlü iletim gücünün de verilen aşağı yönlü enerji ve yukarı yönlü veri parametrelerine ( bantgenişliği, gürültü, veri paketi miktarı) göre eniyilenmesini araştırıyoruz. Sistemi aşağı yönlü ve yukarı yönlü iletim süresini minimize etmek için konveks olmayan eniyileme problemi olarak modelliyoruz. Sonrasında bu problem maktiks derece kısıtları ekleyerek eşleniği yarı kesin programlamaya dönüştürüyoruz. Daha sonra, AM algoritmasına ilave olarak, her yinelemede birinci dereceden matriks tahminini ekleyen Project and Alternate algoritmasını öneriyoruz. Yaptığımız kapsamlı simulasyonlarla PA algoritmasının AM algoritmasına nazaran çok daha güvenilir ve verimli olduğunu gösteriyoruz. Buna ek olarak, enerji hasadı çizelgelemenin radyo zinciri eksikliğine etkili bir çözüm olacağını da sağladığı 21% verim artışıyla gösteriyoruz. Bunun yanında, süre verimi artışı, sistemin aşağı yönlü enerji parametreleriyle birlikte yukarı yönlü veri parametrelerine göre de eniyilenmesi ile önemli ölçüde artmaktadır.
Özet (Çeviri)
Hybrid beamforming has been introduced as a low-cost alternative to digital beamforming with its capability to operate with fewer RF chains than the number of antennas. However, the diminishing degree of freedom from utilizing fewer RF chains results in considerable performance degradation. To circumvent this setback, we propose the scheduling of energy harvesting (SEH) to provide an additional degree of freedom. In SEH, time is divided into multiple slots and different beamforming weights are assigned to each slot. In the first part of the thesis, we study the effect of SEH on the delay performance of the multiple-antenna wireless powered communication networks (WPCNs) with respect to downlink energy transfer parameters. We investigate the optimization of beamforming weights together with energy transfer duration and model the system as a non-convex quadratically constrained linear program to minimize the total duration of the downlink transmission. We convert the problem to the equivalent semidefinite programming program with additional rank constraints. Then, we iteratively solve the problem by moving the rank constraints to the objective function as a penalty with alternating minimization (AM) algorithm. In the second part, we incorporate uplink information transfer parameters such as bandwidth, noise and packet length to the system. In addition to beamforming weights and energy transfer duration, we examine the optimization of data transfer duration and uplink transmit power for given downlink energy transfer and uplink information parameters. We model the system as a non-convex optimization problem to minimize the total duration of uplink and downlink transmission. We convert this problem to the equivalent semidefinite programming problem with the additional rank constraints. Then, we propose Project and Alternate algorithm as an extension to the AM algorithm by introducing rank 1 approximation in each iteration to make it more robust and efficient. We show via extensive simulations that PA algorithm is far more efficient and reliable than the AM algorithm. Moreover, we demonstrate that scheduling of energy harvesting can be an effective circumvention to the RF chain scarcity, culminating in up to $21\%$ delay performance gain. Furthermore, the delay performance gain increases significantly as the system optimized for downlink energy transfer parameters together with uplink information parameters.
Benzer Tezler
- Green cooperative spectrum sensing and scheduling in heterogeneous cognitive radio networks
Başlık çevirisi yok
ABDULKADİR ÇELİK
Doktora
İngilizce
2016
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolIowa State UniversityPROF. AHMED E. KAMAL
- Enhancing netwok lifetime of underwater wireless sensor networks with smart energy harvesting
Sualtı duyarga ağlarında akıllı enerji hasadı ile yaşam ömrünün uzatılması
ÇİĞDEM ERİŞ BALOĞLU
Doktora
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBahçeşehir ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PINAR BOLUK
- Optimal scheduling for full duplex wireless powered communication networks
Tam çift yönlü kablosuz güçlendirilmiş iletişim ağları için optimum zamanlama
MUHAMMAD SHAHİD IQBAL
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNEM ÇOLERİ
- A low-complexity, near-optimal scheduling policy for solving a restless multi-armed bandit problem occurring in a single-hop wireless network
Tek atlamalı bir kablosuz ağda oluşan bir huzursuz çok kollu haydut problemini çözen düşük karmaşıklıkta bir çizelgeleme politikası
ÖMER MELİH GÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ELİF UYSAL BIYIKOĞLU
- Full-duplex relay based energy harvesting wireless network
Tam çift yönlü röle tabanlı enerji hasatı kablosuz ağlar
SYED ADIL ABBAS KAZMI
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNEM ÇÖLERİ