Skip to main content
SUPERVISOR
Forooghosadat Tabataba
فروغ السادات طباطباء (استاد راهنما)
 
STUDENT
MOSTAFA PASHAZADEH
مصطفی پاشازاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Performance Analysis and Power Optimization of full-duplex Relay Network with Loop-back Interference and Channel Estimation Errors
Cooperative communication provides distributed spatial diversity that enables energy-efficient transmission from source nodes to destination ones via intermediate relay nodes. Moreover, it is an attractive solution for network coverage extension. Communicating nodes could generally work in half duplex and full duplex modes. In full-duplex mode, the simultaneous transmission and reception are performed on the same frequency. Thus communication suffers from a significant level of loop interference, i.e., signal leakage between transmission and reception at the relay node. Until now, different methods are proposed to cancel loop-back interference in point to point communication system. However applying these methods could not completely cancel loop-back interference. Furthermore, channel estimation error causes more decreasing effects on the system performance. In this dissertation, we aim to study the performance of fundamental important full-duplex structures of the cooperative networks in the presence of both loop-back interference and channel estimation errors and try to improve the performance of these systems analytically. For this purpose, we apply the loop-back interference model to the systems, then derive the outage probability and the capacity upper bound in Rayleigh fading channels for one-way relaying and capacity lower bound for two-way relaying structures, respectively. Then, we improve the performance of the system using optimum power allocation. Channel estimation error makes the analysis complicated and we are looking for suitable simplifying approximations to find simple solutions for the power allocation. The proposed power allocation schemes do not depend on the instantaneous channel information and can be used in practice. We investigate the accuracy of the analysis by Monte-Carlo simulations. In the scenarios of our simulations, we compare full-duplex and half-duplex transmission modes in two-hop communication systems with the optimum power allocation. It has been shown that the full-duplex performance is better than the half-duplex one, if the average power transmission is less than specific threshold. This threshold increases as the loop-back interference power decreases. Also, in two-way communication, it is better to use full-duplex analog network coding method for low transmission power and half-duplex one for high power rather than to use traditional routing method. Keywords: Cooperativenetworks,Full-duplex communication,Loop-back interference,Optimal power allocation
مخابرات مشارکتی با ایجاد دایورسیتی فضایی و همچنین گسترش محدوده پوشش دهی برای فواصل دورتر، مخابره کارآمد اطلاعات را از مبدأ به مقصد به کمک کاربران رله امکان پذیر می‌سازد. به طور کلی نودهای مخابراتی می‌توانند در دو حالت ارسال همزمان و غیر همزمان کار کنند. در مخابره همزمان نودها به صورت همزمان و در یک بازه فرکانسی عملیات ارسال و دریافت را انجام می‌دهند. بنابراین مخابره تحت تأثیر تداخل بازگشتی بین آنتن‌های فرستنده و گیرنده قرار می‌گیرد. تا کنون تکنیک‌های مختلفی برای حذف تداخل برگشتی در سیستم‌های مخابراتی نقطه به نقطه بیان شده است اما اعمال روش‌های مذکور نیز منجر به حذف کامل تداخل برگشتی نمی‌شود. علاوه بر این خطای تخمین کانال باعث افت بیشتر در عملکرد سیستم می‌شود. هدف از این پایان نامه بررسی و بهبود عملکرد دو ساختار کلیدی و مهم شبکه‌های مشارکتی شامل شبکه‌های مشارکتییک طرفه و شبکه‌های دو طرفه در حالت ارسال همزمان و در حضور تداخل برگشتی و خطای تخمین کانال است. برای این منظور مدل تداخل برگشتی را در این سیستم‌ها وارد کرده، برای ساختارهای یک طرفه، تابع احتمال قطع و باند بالایی ظرفیت و برای دو طرفه، نرخ قابل حصول را بدست می‌آوریم سپس به کمک بهینه سازی تخصیص توان کیفیت سیستم را ارتقا می‌دهیم. وجود خطای تخمین کانال تحلیل عملکرد را پیچیده تر می‌کند و ما بدنبال تقریب‌های ساده کننده مناسبی برای دستیابی به روابط ساده برای تخصیص توان هستیم. این جواب‌ها وابسته به مقادیر لحظه ای اطلاعات کانال نیستند و بنابراین استفاده از آن‌ها در عمل امکان پذیر است. برای بررسی دقت تحلیل‌ها از شبیه سازی مونت کارلو استفاده شده است.در ادامه روش‌های مخابره همزمان و غیرهمزمان با تخصیص بهینه توان را مقایسه می‌کنیم و نشان می‌دهیم، سیستم همزمان در صورتیکه متوسط توان ارسالی سیستم از یک سطح آستانه کمتر باشد عملکرد بهتری نسبت به سیستم غیرهمزمان دارد. همچنین برای ساختار دو طرفه، به نظر می‌رسد روش کدگذاری آنالوگ شبکه همزمان برای توان‌های ارسالی پایین و غیرهمزمان برای توان‌های بالا نسبت به روش مسیریابی سنتی انتخاب مناسب تری است. کلمات کلیدی: 1-شبکه‌های مشارکتی 2-مخابره همزمان 3-تداخل برگشتی 4-تخصیص توان بهینه

ارتقاء امنیت وب با وف بومی