Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad mahdi Naghsh,Ehsan Yzdian
محمد مهدی نقش (استاد راهنما) احسان یزدیان (استاد مشاور)
 
STUDENT
Fatemeh Nabi
فاطمه نبی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Investigating the Effects of Low Resolution Analog to Digital Converters on the Performance of SWIPT Communication Systems
The current study aims to investigate the effect of ADCs’ resolution on the performance of a SWIPT-based communication system whose architecture is based on separated receivers and the use of fully digital beamforming in the transmitter. Also, the quantization effect is modeled using the Bussgang linear method. In this thesis, two optimization problems are proseped, the first aiming at minimizing transmit power subject to the quality of service constraint along with beamforming coefficient vectors for the multi-antenna transmitter, as optimization variables. As a non-convex QCQP, this problem is dealt with using the SDR method, but since this method has some losses in general, we also explained the iterative method of MaMi. The simulation results indicate that if low-resolution converters are used in the Information Decoder receiver to reduce its power consumption, the rise in the transmit power at the base station is not significant. Taking the number of converter’s bits into account along with the beamforming coefficients as the optimization variables, the second optimization problem attempts to maximize energy efficiency from the perspective of the Information Decoder receiver. Since this non-convex problem cannot be solved considering all variables simultaneously, applying an iterative algorithm of Alternating Optimization is proposed. Also, in each iteration of this method, the MaMi technique is used to deal with the non-convex subproblem. The simulation results of this problem demonstrate the relationship between energy efficiency and ADC resolution for different values of system parameters. Due to the importance of both power and information transmission in SWIPT-based systems, energy efficiency vs. spectral efficiency diagrams are presented for different ADC resolutions of 1 to 12 bits. Furthermore, all simulations are repeated for bandwidth in the order of GHz, equivalent to millimeter wave region. The obtained results confirm the use of low-resolution converters in high bandwidth with a reasonable trade-off between spectral and energy efficiency. Simultaneous Wireless Information and Power Transfer, Analog to Digital Converters, Energy Efficiency, Millimeter Wave
در حوزه‌ی مخابرات، مبتنی بر ارتباطات بی‌سیم هستند. معمولاً استفاده‌ی دستگاه‌های بی‌سیم از باتری‌های با طول عمر کوتاه، منجر به محدودیت کارایی و پایداری سیستم‌ها می‌شود. بنابراین پیاده‌سازی روش‌هایی مانندWIPTکه دستگاه‌های درون شبکه با بهره‌مندی از آن قادرند علاوه بر انتقال اطلاعات، باتری‌های خود را شارژ کنند، منجر به افزایش طول عمر و پایداری سیستم‌ها می‌شود. با این حال توجه به مصرف توان دستگاه‌ها در کنار استفاده از این روش‌ها نیز حائز اهمیت است. در حال حاضر افزایش تقاضا برای پهنای باند بیش‌تر و همچنین استفاده از تکنیک‌های چندآنتنی، منجر به افزایش نرخ نمونه‌برداری و تعداد مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال(ADC)می‌شود. این قطعات، پرمصرف‌ترین اجزاء در هر زنجیره‌یRFهستند که میزان مصرف توان آن‌ها به نرخ‌نمونه‌برداری و دقت (تعداد بیت) آن‌ها وابسته است. همچنین هزینه‌ی ساخت و مساحت تراشه‌ی مبدل‌ها نیز با بالا رفتن تعداد بیت افزایش می‌یابد. بنابراین استفاده از مبدل‌های با دقت و سرعت بالا از دیدگاه مصرف توان به صرفه نیست و معمولاً کاهش دقت آن‌ها به عنوان یکی از راه‌های تعدیل مصرف توان سیستم‌ها شناخته می‌شود. در این پایان‌نامه به منظور بررسی اثر دقت مبدل‌ها بر عملکرد یک سیستم مخابراتی مبتنی برWIPT، دو مسئله‌ی بهینه‌سازی مختلف در نظر گرفته شده است. ساختار این سیستم براساس معماری گیرنده‌های متمایز است و در فرستنده از شکل‌دهی پرتوی کاملاً دیجیتال استفاده می‌شود. همچنین اثر چندی‌سازی در گیرنده‌ی اطلاعات، براساس روش خطیussgangمدل‌سازی شده است. هدف مسئله‌ی اول مینیمم‌سازی توان ارسالی با در نظر گرفتن قید حداقل کیفیت خدمات است. بردارهای ضرایب شکل‌دهی پرتوی مربوط به فرستنده‌ی چندآنتنی، متغیرهای بهینه‌سازی هستند. این مسئله‌ از نوعQCQغیرمحدب است و برای مواجهه با آن از روشDRاستفاده شده است. این روش در حالت کلی تلفات دارد؛ از این‌رو روش دیگری مبتنی بر تکنیک تکرارشونده‌یMaMiبرای این مسئله ارائه شده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی‌ نشان می‌دهد که در صورت استفاده از مبدل‌های با دقت پایین در گیرنده‌ی اطلاعات به منظور کاهش مصرف توان آن، میزان افزایش توان ارسالی برای ایستگاه پایه چندان قابل توجه نیست. مسئله‌ی دوم به صورت ماکزیمم‌سازی کارایی انرژی از دیدگاه گیرنده‌ی اطلاعات فرمول‌بندی شده است. علاوه بر ضرایب شکل‌دهی پرتو، تعداد بیت مبدل‌ها نیز به عنوان متغیر بهینه‌سازی در نظر گرفته شده‌ است. حل مسئله‌ی غیرمحدب مطرح شده به صورت توأم نسبت به تمام متغیرها امکان‌پذیر نیست؛ از این‌رو استفاده از یک الگوریتم مبتنی بر روش تکرارشونده‌ی Alternating Optimization پیشنهاد شده است. در هر تکرار از این روش برای مواجهه با زیرمسئله‌ی غیرمحدب از تکنیک MaMi استفاده شده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی این مسئله، چگونگی ارتباط کارایی انرژی با دقت مبدل‌ها به ازای مقادیر مختلف پارامترهای سیستم را نشان می‌دهد. به دلیل اهمیت هر دو موضوع انتقال توان و اطلاعات در سیستم‌های مبتنی بر SWIPT نمودارهای کارایی انرژی برحسب کارایی طیفی به ازای دقت ? تا ?? بیت برای مبدل‌ها، ارائه شده‌اند. تمام شبیه‌سازی‌ها برای پهنای باند از مرتبه‌ی گیگاهرتز یعنی حوزه‌ی موج‌میلیمتری نیز تکرار شده‌اند. نتایج به دست آمده، استفاده از مبدل‌های با دقت پایین در پهنای باند بالا را با یک مصالحه‌ی منطقی میان کارآیی طیفی و کارآیی انرژی تأیید می‌کنند. انتقال بی‌سیم اطلاعات و توان به صورت هم‌زمان، مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال، کارآیی انرژی، موج‌میلیمتری

ارتقاء امنیت وب با وف بومی