Outage capacity and throughput maximization using theoretical andlearning-based approaches
Kuramsal ve öğrenme tabanlı yaklaşımlar kullanarak kesintikapasitesi ve veri hızı maksimizasyonu
- Tez No: 828218
- Danışmanlar: PROF. DR. SİNAN GEZİCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 76
Özet
Bu tez, telsiz iletişimdeki iki araştırma problemini incelemektedir: düz sönümlü Gauss gürültü kanallarında optimal kanal değiştirme ve rastgeleleştirme problemi ve üst güven sınırı (ÜGS) haydut algoritmasına dayalı kanal seçimi ve değiştirme yaklaşımları. Tezin ilk bölümünde, ortalama güç ve kesinti olasılığı kısıtlamaları altında, kesinti kapasitesini maksimize etmek amacıyla, düz sönümlemeli Gauss gürültü kanalları için optimal kanal değiştirme ve rastgeleleştirme problemi formüle edilmiş ve çözümü karakterize edilmiştir. Tek kullanıcı senaryosu için aşağıdaki stratejilerden birinin gerçekleştirilmesiyle optimum çözümün her zaman gerçekleştirilebileceği kanıtlanmıştır: (1) Rastgeleleştirme olmadan tek bir kanal üzerinden iletim. (2) Rastgeleleştirme olmadan iki kanal arasında kanal değiştirmesi. (3) Tek bir kanal üzerinden iki parametre seti arasında rastgeleleştirme. Dolayısıyla, yalnızca bu üç strateji dikkate alınarak çözüm kolayca elde edilebilmektedir. Ancak, çok kullanıcılı senaryo için, optimum çözümü elde etmek çok yüksek hesaplama karmaşıklığına sahip olabilir. Bu nedenle, doğrusal olarak kısıtlanmış bir doğrusal optimizasyon probleminin çözümüne dayalı olarak, optimale yakın bir kanal değiştirme ve rastgeleleştirme çözümünü (ayarlanabilir yaklaşık doğrulukla) hesaplamak için bir algoritma önerilmiştir. Tezin ikinci bölümünde, vericideki bilinmeyen kanal istatistiklerini göz önünde bulundurarak, blok sönümlemeli bir kanal üzerinden bir verici ile bir alıcı arasındaki iletişim için ÜGS haydut algoritmasına dayalı kanal seçimi ve kanal değiştirme yaklaşımları önermekteyiz. Bir blokta kanal değiştirmenin olmadığı durumda, birim zaman başına doğru alınan sembol sayısını maksimize etmek için olası kanal dizileri arasından en iyi kanalı seçmek için bir ÜGS haydut algoritması önermekteyiz. Kanal değiştirme varlığında, önce çeşitli güç seviyelerine ve zaman paylaşım faktörlerine sahip tüm olası kanal çiftlerini göz önünde bulundurarak bir dizi sanal kanallar tanımlanmaktadır. Ardından, en iyi sanal kanalı belirlemek, yani en uygun kanal değiştirme stratejisini bulmak, için bir ÜGS haydut algoritması kullanılmaktadır. Ayrıca, çok sayıda sanal kanal olduğunda optimum çözüme verimli yakınsama için bu algoritmanın düşük karmaşıklıklı bir versiyonu önerilmiştir. Ek olarak, karşılaştırma amacıyla, vericide kanal istatistikleri mevcut olduğunda kuramsal sınırlar sunulmaktadır. Benzetim sonuçları, önerilen ÜGS haydut algoritmalarının, yeterince büyük sayıda blok üzerinde, kuramsal sınırlara çok yakın performans elde edebildiğini ve kanal değiştirmenin faydalarının gerçeklenebildiğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
This thesis explores two research problems in wireless communications: the optimal channel switching and randomization problem in flat-fading Gaussian noise channels, and channel selection and switching approaches based on the upper confidence bound (UCB) bandit algorithm. In the first part of the thesis, the optimal channel switching and randomization problem is formulated and its solution is characterized for flat-fading Gaussian noise channels with the aim of outage capacity maximization under average power and outage probability constraints. For the single user scenario, it is proved that the optimal solution can always be realized by performing one of the following strategies: (1) Transmission over a single channel with no randomization. (2) Channel switching between two channels with no randomization. (3) Randomization between two parameter sets over a single channel. Hence, the solution can easily be obtained by considering only these three strategies. However, for the multiuser scenario, obtaining the optimal solution can have very high computational complexity. Therefore, an algorithm is proposed to calculate an approximately optimal channel switching and randomization solution (with adjustable approximation accuracy) based on the solution of a linearly constrained linear optimization problem. In the second part of the thesis, we consider the case of unknown channel statistics at the transmitter, and propose channel selection and channel switching approaches based on the UCB bandit algorithm for communications between a transmitter and a receiver over a block fading channel. In the absence of channel switching in a block, we propose a UCB bandit algorithm for selecting the best channel among the possible set of channels for maximizing the number of correctly received symbols per unit of time. In the presence of channel switching, we first define a set of virtual channels by considering all possible channel pairs with various power levels and time sharing factors. Then, a UCB bandit algorithm is utilized to determine the best virtual channel; hence, to find the optimal channel switching strategy. Also, a low complexity version of this algorithm is proposed for efficient convergence to the optimal solution when a high number of virtual channels exists. In addition, for comparison purposes, theoretical limits are presented when the channel statistics are available at the transmitter. Simulation results indicate that the proposed UCB bandit algorithms can achieve very close performance to theoretical limits over a sufficiently large number of blocks, and make benefits of channel switching be realized.
Benzer Tezler
- 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
- Klasik ve ağ kodlamalı OFDMA sistemlerde alt-taşıyıcı atama
Subcarrier allocation in conventional and network coded OFDMA systems
BUĞRA ENGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ALTUNBAŞ
- Performance analysis of multiuser free space optical communications
Çok kullanıcılı optik kablosuz haberleşme sistemlerinin başarım analizi
SASAN ZHALEHPOUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. MURAT UYSAL
- New RF energy harvesting models for next-generation wireless communication systems
Yeni nesil telsiz iletişim sistemleri için yeni RF enerji hasatlama modelleri
MOHAMMADREZA BABAEI
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFİYE DURAK ATA
- İşbirliğine dayalı ortam erişim kontrol protokolü tasarımı ve analizi
Cooperative medium access control protocol design and analysis
MUHAMMET ALİ KARABULUT
Doktora
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HACI İLHAN