ارائه يك طرح كارآمد براي سنجش طيف در شبكه‌هاي راديو شناختي

دكتري

در شبكه‌‌هاي راديو شناختي، كاربران بدون مجوز بايد باندهاي فركانسي خالي را با استفاده از سنجش طيف پيداكرده تا بتوانند، بدون ايجاد تداخل مزاحم براي كاربران مجوزدار (اوليه)، در آن‌ها به تبادل داده‌هايشان بپردازند. براي افزايش احتمال آشكارسازي صحيح باندهاي خالي، يك راه‌كار متداول استفاده از سنجش طيف مشاركتي است. اما در عمل، سنجش طيف مشاركتي با چالش‌ مهم فرايند گزارش‌دهي غيرايده‌آل روبه‌رو است، كه در آن نتايج سنجش به علت نويز و پديده محوشدگي در كانال گزارش‌دهي تخريب مي‌شوند، و هم‌چنين به شبكه يك سربار زماني جديد ناشي از گزارش تمامي نتايج سنجش تحميل مي‌شود. با در نظر گرفتن اين چالش‌ اصلي، در اين رساله، يك طرح كارآمد براي سنجش طيف مشاركتيِ چند باند فركانسي به صورت همزمان پيشنهاد مي‌شود. اين طرح از پنج فن‌آوري استفاده مي‌كند: (1) استفاده از يك الگوريتم كارآمد جهت خوشه‌بندي كاربران شبكه براي سنجش موازي باندهاي فركانسي مجوزدار، بدون تحميل زمان و انرژي مصرفي بيشتر به فرايند گزارش‌دهي؛ (2) استفاده از يك الگوريتم كارآمد ديگر جهت خوشه‌بندي كاربران شبكه براي متعادل كردن انرژي مصرفي خوشه‌ها در فرايند گزارش‌دهي، و در نتيجه بيشينه‌كردن طول عمر شبكه راديو شناختي؛ (3) استفاده از كدهاي بلوكي فضا-زمان توزيع‌شده متعامد (ODSTBC) براي كاهش احتمال خطا در فرايند گزارش‌دهي؛ (4) استفاده از قانون ادغام وزن‌دهي افزايشي، كه در آن نتيجه سنجش طيف هر كاربر با نتايج ديگر كاربران، بر اساس نسبت سيگنال به نويز (SNR) كانالهاي ارتباطي، در داخل هر خوشه تركيب مي‌شود، تا در زمانِ به اشتراك‌گذاري نتايج در روش ODSTBC، احتمال آشكارسازي صحيح نيز افزايش يابد؛ (5) انتخاب نتايج سنجش با قابليت اعتماد زيادتر بر اساس قانون ادغام وزن‌دهي افزايشي، و ارسال آنان جهت كاهش سربار ترافيكي فرايند گزارش‌دهي. مقادير متغيرهاي كليدي اين طرح پيشنهادي، مانند تعداد كاربران مشاركت‌كننده و تعداد خوشه‌ها، بر روي گذردهي شبكه راديو شناختي، به‌عنوان معيار اصلي كارايي، بسيار تأثيرگذار هستند. در نتيجه، ابتدا با به دست آوردن سه فرم‌ بسته مورد نياز براي محاسبه كران ‌بالاي احتمال خطاي بيت ODSTBC، و احتمال آشكارسازي صحيح و اعلام غلط طرح پيشنهادي، يك فرم بسته براي محاسبه گذردهي شبكه راديو شناختي استخراج مي‌شود. سپس، با پيشنهاد يك مسئله بهينه‌سازي و اثبات گسسته بودن فضاي آن، مقادير بهينه اين متغيرهاي كليدي به نحوي تعيين مي‌شوند كه گذردهي شبكه، تحت قيد محافظت كافي از كاربران اوليه بيشينه گردد. نتايج شبيه‌سازي، ضمن تائيد كارآمدي طرح پيشنهادي براي مقادير مختلف SNR در كانال‌هاي ارتباطي، نشان مي‌دهند كه اين طرح مي‌تواند رسيدن به بيشترين گذردهي و طول عمر را براي يك شبكه راديو شناختي تضمين ‌كند. متوسط بهبود گذردهي طرح پيشنهادي بيش از 11 درصد نسبت به حالت غيرمشاركتي است، اگر دامنه‌ي تغييرات احتمال آشكارسازي صحيح هدف، براي محافظت از سيگنال كاربران اوليه، بين 7/0 تا 99/0 باشد.

190878

دانشگاه علم و صنعت ايران

مخابرات سيستم

دكتر بهمن ابوالحسني