Geri Dön

Dik olmayan çoklu erişimli bilişsel radyo için karma spektrum paylaşım protokolü

Spectrum sharing protocol for non-orthogonal multiple access cognitive radio

PDF İndir

  1. Tez No: 601185
  2. Yazar: MUHAMMET ALİ ÖZCAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HASAN ÜMİT AYGÖLÜ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Telekomünikasyon Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 79

Özet

Gezgin aygıtların yaygınlaşmasıyla daha fazla veri tüketilmektedir. Bu gereksinimi karşılayabilmek için yeni yöntemler araştırılmaktadır. Bu yöntemlerden birisi, yeterince yararlanılamayan spektrumdan yararlanmayı hedefleyen bilişsel radyodur. Altına sermeli bilişsel radyo, belirli bir güç kısıtı altında lisanssız kullanıcıların lisanslı kullanıcılarla aynı anda çalışmasına olanak verir. Üstüne sermeli bilişsel radyoda, lisanssız kullanıcıların kesinti/hata başarımı kötü olan lisanslı kullanıcıların başarımını iyileştirmek için onlara yardım etmesi karşılığında lisanslı kullanıcıların frekans bantlarını kullanmalarına izin verilir. Dik çoklu erişim (OMA) teknikleri yerine dik olmayan çoklu erişim (NOMA) teknikleri kullanılarak da OMA'ya göre karmaşıklığın daha yüksek olması pahasına iletişimin hızı arttırılabilir. NOMA teknikleri içerisinde diğer tekniklere göre basitliğiyle, karmaşıklığının az olmasıyla, güç tanım bölgesindeki NOMA, diğerlerinden daha fazla dikkat çekmektedir. Hem hızlı bir iletişim için hem de spektrumu daha verimli kullanabilmek için bu çalışmada bilişsel radyo ile NOMA birlikte kullanılmıştır. Bu çalışmada önce Altına Sermeli NOMA ve Üstüne Sermeli NOMA, tek başlarına bir sistem olarak düşünülüp kesinti olasılık ifadeleri türetilmiştir. Elde edilen teorik sonuçların bilgisayar benzetim sonuçlarıyla uyumlu olduğu görülmüştür. Altına Sermeli NOMA'da, PU'nun ikincil kullanıcı (SU)'nun üzerindeki kısıtı azalırsa, yani SU'nun girişimi artarsa, PU'nun kesinti başarımının düşeceği, SU'nun kesinti başarımının artacağı gösterilmiştir. Ayrıca, SU'nun sürekli bir girişim yapmasından dolayı PU'nun kesinti olasılığının bir hata katına gireceği gösterilmiştir. Bunun tersi durumda da (PU'nun SU'ya girişimi nedeniyle) yine hata katı görülmektedir. Üstüne Sermeli NOMA'da PU'ya uygun bir güç paylaşım katsayısı verildiği takdirde, PU'nun başarımı, çeşitleme arttığından dolayı iyileşmekte, SU'nun başarımı altına sermeli duruma göre kötüleşmektedir. Daha sonra, bilişsel radyodaki altına sermeli yaklaşım ile üstüne sermeli yaklaşım birleştirilerek karma bir NOMA sistem oluşturulup bu sistemin kesinti olasılık ifadeleri türetilmiş, elde edilen sonuçların bilgisayar benzetim sonuçlarıyla uyum içerisinde olduğu gösterilmiştir. Bu tezde önerilen karma sistem, PU ile SU arasındaki hat kesintiye girmezse üstüne sermeli, girerse altına sermeli çalışacaktır. PU'nun verici gücü arttıkça sistemin üstüne sermeli çalışma olasılığı artmaktadır. Bir başka deyişle, yüksek işaret-gürültü oranlarında (SNR) karma sistem, üstüne sermeli sisteme yakınsamaktadır. Üstüne sermeli sistem ile PU'nun kesinti başarımı artmakta, karma sistem ile PU'nun başarımı düşmektedir. Ancak, bu düşüş PU'nun tek başına çalıştığı durumdan daha kötü olmaz. Dolayısıyla, PU'daki bu düşüş tolere edilebilir. SU'nun başarımı ise karma sistemde, üstüne sermeliye göre artmaktadır. Kısacası, lisanslı kullanıcının altına sermedeki dezavantajlı durumu, lisanssız kullanıcının üstüne sermedeki dezavantajlı durumu, karma sistemle iyileştirilmiştir.

Özet (Çeviri)

More data is consumed by the widespread use of mobile devices and new methods are being investigated to meet this requirement. Two of these methods are non-orthogonal multi-access (NOMA) techniques and cognitive radios. First, before addressing NOMA techniques, orthogonal multiple access (OMA) techniques have to be mentioned. Resources are shared as orthogonal in domains of time, frequency or code in OMA. Interference of each user to other users in the same cellular network is cancelled out thanks to orthogonality. By using NOMA techniques instead of OMA techniques, the rate of communication can be increased at the expense of higher complexity than OMA. As another consequence of using NOMA, while the number of users in the cellular network is limited in OMA because of the limited resources, the number of users and rates in proportion to the permitted interference in the NOMA network are more than that of OMA. Two main NOMA techniques are power-domain NOMA (PD-NOMA) and code-domain NOMA (CD-NOMA). In PD-NOMA, all resources except power are the same for each user. However, the power of each user is different from another user. Downlink PD-NOMA could be explained as follows: The signal transmitted from the base station is the weighted sum of the signals of all users. These weights are called power coefficients, and they are chosen such that the weight of a weak user is larger than the weight of a strong user. Users decode their own signals using successive interference cancellation (SIC) technique at their receivers. In CD-NOMA, users' messages are coded via a different code or method. Pattern division multiple access and multi-user shared access techniques could be given as examples of CD-NOMA. PD-NOMA usually has low complexity and high flexibility compared to CD-NOMA techniques. Thus, since considering PD-NOMA draws more attention for its simplicity, PD-NOMA is used instead of an CD-NOMA technique in this study. From now on, NOMA is called instead of PD-NOMA. A big majority of the radio spectrum is licensed. In other words, the number of frequency bands that can be used by unlicensed user is few. However, the problem here is that the licensed users do not benefit from the licensed bands sufficiently. Thus, the occupancy rate of the spectrum is not high. To meet mentioned requirements, the licensed spectrum can be shared by the unlicensed users. However, this is unlikely due to the fullness of the spectrum. Cognitive radio (CR) has been proposed as a solution. CR aims to utilize for another user the spectrum that is not sufficiently utilized by its owner. In the CR, a number of users in a wireless communication system have information about other users such as their channel status, operational status, message information, and by using this information, they can increase their performance without reducing the performance of other users or not reducing it to less than a tolerable interference level. In cognitive radio, users who have the priority to use the spectrum band are called primary users (licensed users) and users who do not have the right to use the spectrum band but also has information about the primary users are called secondary users (unlicensed users). CR can be examined in three different paradigm according to the network knowledge of the users and the regulation regarding the use of spectrum. These paradigms are underlay, overlay and interweave. Underlay cognitive radio allows unlicensed users to transmit simultaneously with licensed users under a certain power constraint. Unlicensed users are allowed to use frequency bands in situations that licensed users have weak outage/error performance on condition that they help licensed users to improve the performance of them on the overlay cognitive radio. Interweave is the approach at the time when cognitive radio was first proposed, and in cases where primary users are not active (considered in spectrum gaps), secondary users become active for transmission. Interweave paradigm is not considered in this thesis. In this study, cognitive radio and NOMA are combined for a fast communication and for an improved spectrum efficiency. First, Underlay NOMA and Overlay NOMA are considered as separate systems. In the considered CR model, the primary user (PU) consists of one transmitter and one receiver, however the secondary user (SU) employs NOMA being composed of one transmitter and variable number of receivers. The power of the secondary user is limited by the PU's constraint in Underlay NOMA. While the outage probabilities of both the PU and SU are calculated, the interference between PU and SU is taken into account. The Overlay NOMA system is designed to operate in two time intervals. Here, in the first time interval, the secondary user listens to the primary user and decodes PU's signal and cooperates with PU for the transmission of PU's message and its own message. Outage performances of these systems are derived and the obtained results are approved by computer simulations. In Underlay NOMA, it is shown that the outage performance of PU decreases and that of SU increases if the PU's power level constraint on the SU is relaxed, in other words if the interference of the SU increases. Besides, it is shown that the outage probability of PU enters an error floor due to a continuous interference by SU. Similarly, under the interference of PU on SU, an error floor occurs also on the outage probability of SU. If an appropriate power allocation coefficient is attributed to PU in Overlay NOMA, the performance of PU improves due to increased diversity, and the performance of SU decreases considering Underlay NOMA. As the main contribution of the thesis, a hybrid system is proposed by combining the underlay and overlay approaches in the cognitive radio, and then the outage probabilities of the proposed hybrid system are derived and the obtained theoretical outage probability curves are found in perfect match with the computer simulation curves. When the channel between PU and SU does not in outage, the hybrid system operates in overlay mode, and otherwise in underlay mode. The higher the transmitter power of PU, the higher the likelihood of working in overlay mode. In other words, at high signal-to-noise ratios (SNR), the hybrid system converges to the overlay system. While PU's outage performance increases in the hybrid system due to cooperation in the overlay mode, the performance of PU in the hybrid system decreases in the underlay mode due to the SU's interference. However, this decrease will not be worse than the system in which PU operates alone from point-to-point in the network. Thus, this decrease in the performance of PU is tolerable. On the other hand, the performance of SU increases in the hybrid system compared to the overlay mode. In addition, considering that a certain amount of power of SU is allocated to PU when working on the overlay mode, it has been shown that this amount of power can be selected so that the performance of hybrid cognitive radio NOMA is higher than that of OMA. In brief, the disadvantageous status of the licensed user in the underlay cognitive radio and the disadvantageous status of the unlicensed user in the overlay cognitive radio are improved by the proposed hybrid system.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    126880

    Uydularda güvenilirlik incelemesi ve haberleşme uydularının taktik saha iletişiminde kullanılması

    Reliability in satellites and communication satellites usage in tachtical area

    HÜSEYİN AKGÜN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2002

    Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SERHAT ŞEKER

  2. Tez No

    682823

    An efficient interference-aware constrained beamforming and receiver design for mm-wave hybrid massive MIMO with non-orthogonal multiple access

    Dik olmayan çoklu erişimli milimetre dalga hibrit masif MIMO için efektif bir girişim duyarlı hüzme şekillendirme ve alıcı tasarımı

    MURAT BAYRAKTAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN MUZAFFER GÜVENSEN

  3. Tez No

    580896

    Dik olmayan çoklu erişimde enerji hasatlama

    Non-orthogonal multiple access with energy harvesting

    BÜŞRA DEMİRKOL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGebze Teknik Üniversitesi

    Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OĞUZ KUCUR

  4. Tez No

    887618

    Index modulation based designs, error performance and physical layer security analyses for unmanned aerial vehicle networks

    İnsansız hava aracı ağları için indis modülasyonu tabanlı tasarımlar, hata performansı ve fiziksel katman güvenlik analizleri

    AYŞE BETÜL BÜYÜKŞAR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik-Haberleşme Eğitimi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İBRAHİM ALTUNBAŞ

  5. Tez No

    665558

    İşbirliğine dayalı ortam erişim kontrol protokolü tasarımı ve analizi

    Cooperative medium access control protocol design and analysis

    MUHAMMET ALİ KARABULUT

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HACI İLHAN

Geri Dön