POWER ALLOCATION AND RELAY SELECTION STRATEGIES FOR COGNITIVE BUFFER-AIDED RELAY NETWORKS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
|
PDF (Master Thesis)
Thesis_Last_Draft.pdf - Accepted Version Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives. Download (3MB) | Preview |
Arabic Abstract
في الفترة الأخيرة, تم إعتماد الشبكات التعاونية اللاسللكية (Cooperative Relay Network) كإحدى الحلول الذكية لتوسليع نطاق التغطية للشبكة ولتوفير جودة خدمة أكبر للمسلتخدمين خصوصاً الواقعين على أطراف نطاق التغطية للشبكة. بالإضافة للشبكات التعاونية اللاسللكية, تعتبر تقنية الراديوا الإدراكي (CR) وتقنية الإرسلال والإسلتقبال متعدد الهوائيات (MIMO) إحدى التقنيات المهمة المسلتخدمة لجيل الإتصالات القادم (5G) بحيث تقوم بتحسلين كفاءة الطاقة المرسللة وكفاءة توزيع نطاق الترددات للشبكة و ضمان أداء أفضل للشبكة اللاسللكية التعاونية. مؤخراً, تم تطبيق مبداء التخزين المؤقت للبيانات في الطبقة الفيزيائية لشبكة الإتصالات اللاسللكية لتحسلين الطريقة ألتي تعمل فيها المرحلات اللاسللكية وإضافة نوع خاص من التنوع الزمني لإسلتقبال الإشارة اللاسللكية. في هذة الأطروحة, تم أولاً دراسلة إحتمالية إنقطاع التراسلل في الشبكات التعاونية اللاسللكية للمرحلات العادية الغير مزودة بخازنات ولتلك المزودة بخازنات للإشارات اللاسللكية المرحلة. ثانياً, تم مقارنة إحتمالية إنقطاع الخدمة للشبكة التعاونية اللاسللكية بين الشبكتين لتحفيز القيام ببحث أكثر للشبكات التعاونية اللاسللكية بوجود خازنات مؤقتة للإشارة المرسللة في المرحلات. بعد ذلك, تم إقتراح خوارزمية فعالة تعمل على تنظيم نقل الإشارة بين المسلتخدمين الطرفيين الذين يتواصلا بواسلطة مرحلات وسلطية مزودة بخازنات مؤقتة للإشارة. متوسلط التأخير للإشارة المرحلة يمكن التحكم بة بإسلتخدام الخوارزمية المقترحة بحسلب التطبيق المسلتخدم. في الجانب الآخر, تم إسلتخدام نظرية تحسلين الأداء الأمثل المسلتند على مبداء الدالة المقعرة بتوزيع ميزانية كبرى من الطاقة بين المسلتخدم الإدراكي والمسلتخدم العادي. أخيراً, تم تكرار البحث السلابق ولكن مع إضافة هوائيات متعددة لكل المرسللات والمسلتقبلات اللاسللكية للشبكة الإدراكية والشبكة العادية على حدٍ سلواء. النتائج أظهرت أن خوارزمية نقل البيانات ثنائية الإتجاة تعمل على توفير أداء ممتاز لمعدل نقل البيانات مع التحكم بالقيمة العظمى للتأخير في نقل الإشارة اللاسللكية. إضافةً إلى ذلك, أظهرت نتائج التحليل والمحاكاة أن المرحلات المزودة بخازنات مؤقتة للإشارة اللاسللكية يمكن أن توفر بديل ممتاز في الشبكات الإدراكية لتحسلين أداء الشبكة بدون الحاجة إلى رفع طاقة المرسللات اللاسللكية الذي يقوم بدورة برفع الضوضاء المسللطة على المسلتخدم الرئيسلي.
English Abstract
Cooperative wireless communications has been proposed as one of the smart solutions to extend overall cellular coverage area and support better quality of service (QoS) for terminals especially those located at cell edges. Along with cognitive radio (CR) techniques and multiple-input multiple-output (MIMO) schemes, cooperative relaying has represented an excellent area of research for the next generation of wireless communication techniques 5G to improve both power and spectrum efficiencies and enhance the reliability of wireless communication. Recently, the concept of buffering was exported from the media access control (MAC) to the physical layer to enhance the way relay works and add some sort of time diversity. In this thesis, first, the outage behavior of cognitive unidirectional decode-and-forward (DF) relay network of both conventional unbuffered and buffer-aided relaying schemes was investigated. Outage behavior analysis is followed by performance comparison between the conventional and buffer-aided relaying schemes. Additionally, the single antenna scenario of buffer-aided DF relay network in both unidirectional and bidirectional schemes was investigated. Using convex optimization theory, an optimal expressions for the transmission power that allocates a maximum power budget between primary and secondary transmitters at each time slot were derived. At the same time, a low complexity bidirectional relaying protocol for buffer-aided relay network that is followed by transmission power allocation schemes for every possible transmission mode are proposed and investigated . For MIMO cooperative buffered relay networks, a low complexity relay selection scheme and bidirectional relaying protocol were proposed and evaluated. The designed schemes under MIMO scenario are followed by investigating an optimization methods that allocates a maximum power budget among all transmitting primary and secondary networks antennas at each time slot. Average packet delay that occurs due to physical layer buffering is also studied and investigated. Our work ends with final conclusions about the efficiency and effectiveness of using physical layer buffering on cooperative relaying regarding the delay constraints, diversity gain, and coding gain. It was found that the proposed bidirectional relaying protocol introduces a satisfactory performance with much lower complexity and controlled packet delay. Additionally, buffer-aided relays are found to be a good solution for cognitive network since they enhance the secondary network without the need to increase their transmission power.
| Item Type: | Thesis (Masters) |
|---|---|
| Subjects: | Electrical |
| Department: | College of Engineering and Physics > Electrical Engineering |
| Committee Advisor: | Zummo, Salam |
| Committee Members: | Alahmadi, Saad and Mesbah, Wessam |
| Depositing User: | YASSER FADHL ALI ALERYANI (g201206540) |
| Date Deposited: | 10 Jan 2016 11:03 |
| Last Modified: | 01 Nov 2019 16:31 |
| URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139828 |