Skip to main content
SUPERVISOR
Forooghosadat Tabataba,Mohmmad javad Omidi
فروغ السادات طباطباء (استاد مشاور) محمدجواد امیدی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Hossein Chinaei
محمدحسین چینائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Energy Efficiency Analysis of Relay Based Wireless Communication Systems
Today Energy efficiency (EE) is taking a more significant role in the design of modern communication systems. One of the most crucial trade offs in the green communication frame work is the trade off between EE and Spectral Efficiency (SE). In traditional literature, the EE was defined as “information bits per unit of transmit energy”, however, practical concerns result in taking circuit energy consumption into account for the energy consumption model (ECM). The EE metric has been redefined as “information bits per unit of consumed energy (not just transmit energy)”, where an additional circuit power factor needs to be considered. Also, SE is defined as system throughput per unit of bandwidth, is a widely accepted performance indicator of wireless networks. The trade-off between maximizing SE and EE in communication systems prompts desiners to balance the two metrics in future communication networks. It is shown that by the increase of radio access points (RAPs) in a network (relays are good examples of RAPs in wireless networks) the energy consumption of the network (without consideration of the circuitry power) will be improved. However, a tangible proof or graph is not provided to conclude how relay cooperative communication can be helpful in improving EE. In this thesis, the basic concepts of green communication, EE and relay based systems are reviewed. The energy efficiency (EE) of a decode and forward (DF) relay system is studied, where two sources communicate through a half-duplex relay node in one-way and two-way relaying strategies.Two-way relaying is proposed as a cooperative scheme to improve the SE of one-way relaying. One-way relaying leads to the loss of SE due to the pre-log factor one-half in the corresponding capacity expression, however, two-way relaying avoids the pre-log factor one-half still uses half duplex equipment. Both the circuitry power and the transmission power of all nodes are taken into consideration. In addition, three different coding schemes for two-way DF relaying strategy are considered. The aim is to maximize the EE of the system for a constant spectral efficiency (SE). For this purpose, the transmission time and the transmission power of each node are optimized. Simulations are used to compare the EE-SE curve of different DF strategies with one-way and two-way amplify and forward (AF) strategies and direct transmission (DT), to find the best energy efficient strategy in different SE conditions. Analytical and simulation results demonstrate that in low SE conditions, DF relaying strategies are more energy efficient compared to AF strategies and DT. However, in high SE conditions, the EE of two-way AF relaying and DT strategy outperform some of the DF relaying strategies. Also, the impact of different circuitry power and different channel conditions on the EE-SE curves are investigated. Keywords: Green communication, Energy efficiency, Relay based systems, Resource allocation
نسل جدید شبکه های بی‌سیم بایستی خدمات بسیار متنوعی از جمله ارائه اینترنت در همه جا و همه وقت با حداکثر سرعت، مکالمه های تصویری با کیفیت بالا و.... را برای کاربران خود فراهم آورند. این خدمات جدید و رو به افزایش نیاز به نرخ ارسال های بسیار بالا دارند. نیاز به نرخ ارسال های بالا از طرفی و تعداد بسیار زیاد کاربران شبکه‌های بی‌سیم از طرف دیگر باعث شده تا ارائه‌ی این خدمات نیاز به انرژی بسیار زیادی داشته باشد. با توجه به محدودیت منابع انرژی در سطح زمین و هم چنین قیمت بسیار بالای آن، کارشناسان شبکه‌های مخابرات بی‌سیم در سال‌های اخیر توجه بسیار زیادی به بهینه کردن مصرف انرژی در این شبکه‌ها داشته اند. از طرفی ارائه‌ی این خدمات در سیستم‌های موبایل غالباً مستلزم استفاده از باتری به عنوان منبع تامین انرژی است و برای یک سیستم مبتنی بر باتری میزان انرژی مصرفی و در تتیجه عمر باتری بسیار پر اهمیت است. مخابرات سبز به عنوان یک پروژه‌ی جامع در تمامی سطوح شبکه، هدف خود را مساله‌ی بازده انرژی در سیستم‌های مخابراتی قرار داده است. بازده انرژی مفهومی است که نیاز به یک تعریف دقیق وهمه جانبه دارد. در فصل‌های اولیه‌ی این پایان‌نامه ابتدا به تعریف دقیق بازده انرژی پرداخته خواهد شد و نحوه‌ی مدل کردن انرژی مدار‌های داخلی تجهیزات سیستم در مدل مصرف انرژی نیز بیان خواهد شد. سپس به معرفی فناوری‌هایی که می‌توانند بازده انرژی سیستم را ارتقا دهند پرداخته می‌شود و به اختصار در مورد آن‌ها بحث خواهد شد. یکی از گزینه‌هایی که می‌تواند به بهبود بازده انرژی در شبکه های مخابراتی کمک کند، مخابرات همکارانه با استفاده از رله می‌باشد. رله وسیله ای است که با ایجاد چندگانگی فضایی می تواند تحت شرایطی پوشش و بازده طیفی شبکه را افزایش دهد. اما هنوز معلوم نیست که با توجه به تعریف جدید بازده انرژی (لحاظ کردن انرژی مدار های داخلی ادوات) استفاده از رله منجر به بهبود بازده انرژی خواهد شد یا خیر. در این پایان‌نامه بازده انرژی سیستم‌های مبتنی بر رله مورد تحلیل قرار می‌گیرند. بازده انرژی استراتژی‌های ارسال به کمک رله‌ی یک مسیره و دومسیره‌‌ی AF با استراتژی‌های ارسال به کمک رله‌ی یک مسیره و دومسیره‌ی DF مقایسه می‌شوند. برای استراتژی ارسال به کمک رله‌ی دو مسیره‌ی DF سه حالت کدگذاری متفاوت در نظر گرفته می‌شود و مسئله برای هر حالت به صورت جداگانه حل خواهد شد. لازم به ذکر است که همه‌ی نتایج و مقایسه‌ها با فرض کامل و در دسترس بودن وضعیت همه‌ی کانال‌ها انجام می‌شوند. به کمک تحلیل‌های ریاضی و شبیه سازی ها نشان داده می‌شود که در هر بازده طیفی کدام استراتژی بازده انرژی بالاتری خواهد داشت. تحلیل‌ها نشان می دهند که در بازده طیفی‌های پایین استراتژی‌های ارسال به کمک رله‌ی یک مسیره و دو مسیره‌ی DF بازده انرژی بهتری نسبت به روش‌های مشابه توسط رله‌ی AF خواهند داشت. اما این موضوع در مورد بازده طیفی‌های بالا صادق نیست. هم‌چنین نشان داده می‌شود که در بازده طیفی‌های متفاوت شبکه الزاماً همه‌ی استراتژی‌های ارسال به کمک رله باعث بهبود بازده انرژی سیستم نخواهند شد. در قسمت شبیه سازی نمودار بازده انرژی استراتژی‌های متفاوت برحسب بازده طیفی به دست می‌آید و تاثیر شرایط متفاوت کانال، انرژی‌های مدار متفاوت و مکان‌های متفاوت رله بر این نمودار مورد بررسی قرار می‌گیرد. کلمات کلیدی: 1- مخابرات سبز 2-بازده انرژی 3-رله 4-تخصیص توان

ارتقاء امنیت وب با وف بومی