Wireless channel modeling based on extreme values theory for ultra-reliable low latency communications
Ultra güvenilir düşük gecikmeli haberleşme için uç değer teorisine dayalı kablosuz kanal modelleme
- Tez No: 768236
- Danışmanlar: PROF. DR. SİNEM ÇÖLERİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Haberleşme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 178
Özet
Ultra güvenilir düşük gecikmeli haberleşme (URLLC), robotların uzaktan kontrolü, uzaktan cerrahi, otonom araçlar, ve araç teleoperasyon gibi kritik görev uygulamalarını desteklemek amacıyla beşinci nesil (5G) ağların en önemli özelliklerinden biridir. URLLC'de, katı güvenilirlik kısıtlamasını ele almak için paket hata oranının (PER) 10-9-10-5 kadar düşük olması garanti edilirken, kabul edilebilir gecikme birkaç milisaniye mertebesindedir. Ultra güvenilir haberleşme sistemlerinin tasarımında önemli bir yapı taşı, önemli ölçüde sönümleme nedeniyle meydana gelen nadir olayların istatistiklerini yakalayan bir kablosuz kanal modelidir. Uç değer teorisi (EVT), sık olmayan aşırı olayların olasılık dağılımını veya eşdeğer olarak kuyruk dağılımını karakterize eden güçlü bir çerçevedir. Bu tezde, ultra güvenilir iletişim için kablosuz bir kanaldaki ekstrem olayların davranışını istatistiksel olarak modellemek için EVT'ye dayalı yeni bir metodoloji öneriyoruz. Tezin ilk bölümünde, başlangıçta, alınan gücün alt kuyruk dağılımını genelleştirilmiş Pareto dağılımına (GPD) uydurmak, kuyruk istatistiklerinin türetildiği optimum eşiği belirlemek, GPD'yi kullanarak kuyruk istatistiklerini tahmin etmek için gereken örnek sayısında optimum durdurma koşulunu belirlemek, ve son olarak, türetilmiş Pareto modelinin geçerliliğinin değerlendirilmesi için EVT'ye dayalı teknikleri dahil ediyoruz. İkinci olarak, kanal veri dizisini, durağanlığa neden olan çevresel faktörlerle ilgili olarak birden çok gruba bölmek için EVT teknikleri dahil ederek ve alınan gücün alt kuyruk dağılımını her gruba sığdırarak GPD'ye dayalı durağan olmayan kanalın kuyruk dağılımını modelliyoruz. Önerilen yaklaşım aynı zamanda kuyruk istatistiklerinin zamanın bir fonksiyonu olarak türetildiği zamanla değişen eşiğin optimal olarak belirlenmesinden ve türetilmiş Pareto modelinin geçerliliğinin değerlendirilmesinden oluşur. Üçüncü olarak, optimum iletim hızını tahmin etmek ve kesinti olasılığını değerlendirerek doğrulamak için nispeten düşük sayıda veri örneğiyle ilgilenen EVT tabanlı çerçeve öneriyoruz, böylece güvenilirlik kısıtlamaları ultra güvenilir iletişim için belirli bir güvenle karşılanır. Dördüncüsü, alınan sinyal gücünün alt kuyruk istatistiklerini birden çok boyutta elde etmek için çoklu giriş çoklu çıkış (MIMO)-URLLC'de uzamsal çeşitlilik kullanan bir sistem için çok değişkenli EVT'ye (MEVT) dayalı yeni bir kanal modelleme metodolojisi öneriyoruz. Buna göre, UGPD modelini kullanarak kuyruk istatistiklerinin türetildiği optimum eşiği belirlemek için EVT'yi kullanıyoruz, olasılık grafiklerini kullanarak nihai modeli doğruluyoruz ve EVT tabanlı lojistik dağıtım ve Poisson noktası süreç yaklaşımları kullanarak ortak olasılık dağılımının kuyruğunu modellemek için MEVT'yi kullanıyoruz. Tezin ikinci bölümünde, güç tüketen ışın izleme tekniklerini ortadan kaldırmak için önceden veri toplamaya dayalı yeni bir algoritma önererek üst iletişim seviyesinde ultra güvenilirlik gereksinimini ele alıyoruz. Burada minimum çeşitlilik seviyesiyle yüksek alınan güç garanti ediliyor.
Özet (Çeviri)
Ultra-reliable low latency communication (URLLC) is one of the most important features of the fifth generation (5G) networks with the aim of supporting mission critical applications, such as remote control of robots, remote surgery, autonomous vehicles and vehicular teleoperation applications. At URLLC, the packet error rate (PER) is guaranteed to be as low as 10−9-10−5 to address the strict reliability constraint, while the acceptable latency is on the order of a few milliseconds. A key building block in the design of ultra-reliable communication systems is a wireless channel model that captures the statistics of rare events occurring due to significant fading. Extreme value theory (EVT) is a powerful framework that characterizes the probabilistic distribution of infrequent extreme events or equivalently the tail distribution. In this thesis, we propose a novel methodology based on EVT to statistically model the behavior of extreme events in a wireless channel for ultra-reliable communication. In the first part of the thesis, we initially include techniques based on EVT for fitting the lower tail distribution of the received power to the generalized Pareto distribution (GPD), determining the optimum threshold over which the tail statistics are derived, ascertaining the optimum stopping condition on the number of samples required to estimate the tail statistics by using GPD, and finally, assessing the validity of the derived Pareto model. Second, we model the tail distribution of non-stationary channel based on EVT by including techniques for splitting the channel data sequence into multiple groups concerning the environmental factors causing non-stationarity, and fitting the lower tail distribution of the received power in each group to the GPD. The proposed approach also consists of optimally determining the time-varying threshold over which the tail statistics are derived as a function of time, and assessing the validity of the derived Pareto model. Third, we propose EVT-based framework dealing with relatively low number of data samples to estimate the optimal transmission rate and validate it by assessing the outage probability so that reliability constraints are met with a given confidence for ultra-reliable communications. Fourth, we propose a novel channel modeling methodology based on multivariate EVT (MEVT) for a system using spatial diversity in multiple input multiple output (MIMO)-URLLC to derive the lower tail statistics of the received signal power in multiple dimensions while efficiently dealing with a massive amount of corresponding data. Accordingly, we adopt EVT to determine the optimum threshold over which the tail statistics are derived by using the UGPD model, validate the final model by using probability plots, and utilize MEVT to model the tail of the joint probability distribution by using the EVT-based logistic distribution and Poisson point process approaches. In the second part of the thesis, we address the requirement of ultra-reliability at the upper communication level by proposing a new algorithm based on the prior collection of data to eliminate power-consuming beam-tracking techniques while ensuring high received power with minimum diversity level.
Benzer Tezler
- Yeni nesil aşırı yoğun heterojen haberleşme ağlarında stokastik geometri modelleri ile baz istasyonları yerleşimi
Base station deployment in next generation ultra dense heterogeneous communication networks via stochastic geometry models
MİNE ARDANUÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFİYE DURAK ATA
- Raylı sistemler için uyarlanmış telsiz iletişim protokol modeli ve başarım analizi
Madified wireless communication protocol model for railway systems and its performance analyses
HAKAN VELİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELÇUK PAKER
- Wireless channel modeling in the TVWS band based on measurements
TVBB Bantlarinda Ölçüme Dayali Kablosuz Kanal Modellerinin Çikarimi
MUHAMMAD HASHIR SYED
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. Dr. TUNÇER BAYKAŞ
- Antenna analysis/design and propagation channel modeling for MIMO wireless communication systems
MIMO kablosuz haberleşme sistemleri için anten analizi/tasarımı ve yayılım kanalı modellemesi
CELAL ALP TUNÇ
Doktora
İngilizce
2009
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. AYHAN ALTINTAŞ
- Hierarchical dirichlet process based gamma mixture modelling for terahertz band wireless communication channels and statistical modelling of 240 GHz - 300 GHz band
Terahertz bandı kablosuz haberleşme kanalları için hiyerarşik dirichlet sürecine dayalı gamma karışım modeli ve 240 GHz-300 GHz bandının istatistiksel modellenmesi
ERHAN KARAKOCA
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNEŞ ZEYNEP KARABULUT KURT