16520

16520

اجاره طيف در شبكه هاي راديو شناختگر مشاركتي با كاربرهاي چند آنتنه

كارشناسي ارشد

مخابرات

فروردين ماه 1395

دكتر وحيد طباطباوكيلي

برق

چكيده راديوشناختگرها به عنوان ابزاري در تحقق دسترسيِ پوياي كاربرهاي بدون مجوز از حفره¬هاي طيفيِ مجاز در جهت افزايش بازدهي در بهره¬مندي از طيف مطرح شده¬اند. امروزه يك مبحث جديد با عنوان شبكه¬هاي راديو شناختگر مشاركتي معرفي شده ¬است. در شبكه¬هاي راديوشناختگر مشاركتي، كاربرهاي اصلي (مجاز) تعدادي از كاربرهاي ثانويه (غير مجاز) را به منظور رله نمودن ترافيك خود به صورت مشاركتي به كار مي¬گيرند و به ازاي اين مشاركت بهره-گيري از كانال در يك شيار زماني به كاربرهاي ثانويه اعطا مي¬گردد. بدين ترتيب نه تنها بهره¬ي گذردهيِ كاربرهاي اصلي به علت مشاركت با كاربرهاي ثانويه به طور قابل ملاحظه¬اي افزايش مي¬يابد، بلكه كاربرهاي ثانويه نيز مجالي در ارسال داده¬هاي خود خواهند يافت. از طرفي ديگر بكارگيريِ فناوري¬هاي چند ورودي-چند خروجي امكان بهبود نرخ¬هاي اطلاعاتي را از طريق انتشار داده¬هاي مستقل در حوزه¬ي فضايي نيز ممكن مي¬سازد. در اين راستا يك طرحِ جامع اجاره طيف با تجهيز چند آنتنه¬ي كاربرها براي يك شبكه¬ي راديو شناختگر مشاركتي در قالب تئوري بازي در اين پايان نامه ارائه مي¬گردد. بر اساس مدل اجاره طيف، لينك اصلي مايل به اجاره¬ دادنِ پهناي باند مجازِ خود براي كسري از زمان به گره¬هاي ثانويه و در ازاي دريافت كارمزدي مناسب مي¬باشد. بدين گونه كه كاربرها¬ي ثانويه در شبكه اقتضايي بهاي دسترسي به طيف را از طريق رله نمودن ترافيك اصلي فراهم مي كنند. علاوه بر اين در زمان تخصيص يافته به شبكه¬ي ثانويه هر لينك ثانويه از طريق يك رويكرد غيرمشاركتي توابع سود خود با تعاريف اختلاف نرخ دست¬يافتني و انرژي ارسالي و نيز بازدهي انرژي را بيشينه¬ مي¬كند. دو الگوريتم¬ توزيع يافته در شبكه¬ي ثانويه به منظور همگرايي به تعادل¬هايِ نش يكتا به عنوان جواب¬هاي بازي غيرمشاركتي ارائه مي¬گردند. علاوه بر اين حذف تداخل در شبكه¬ي تداخل ثانويه چند آنتنه به منظور بهبود در عملكرد هر دو شبكه¬ي اصلي و ثانويه لحاظ مي¬شود. در نهايت مدل اجاره طيف چند آنتنه¬ي پيشنهادي براي يك شبكه¬ي راديو شناختگر مشاركتي متشكل از شبكه ثانويه با گيرنده¬ي مشترك تعميم داده مي¬شود. نتايج عددي بهبودِ عملكرد قابل ملاحظه¬اي را در هر دو شبكه¬ي اوليه و ثانويه براي مدل پيشنهادي در مقايسه با ارتباط غير مشاركتي و مدل اجاره طيف تك آنتنه نشان مي¬دهند. واژه¬هاي كليدي: راديوشناختگر، اجاره طيف، ارتباط مشاركتي، آنتن¬هاي چندگانه.

1395/11/17

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract Cognitive radio has been proposed as the means for unlicensed secondary users to dynamically access the licensed spectrum held by primary users to increase the efficiency of spectrum utilization. Recently, a new paradigm termed cooperative cognitive radio networks (CCRNs) has been advocated. In CCRNs, PUs recruit some SUs to cooperatively relay the primary traffic an​d in return grant them a portion of the channel access time. Not only can the PUs enjoy a significant throughput gain due to the cooperation, the SUs obtain opportunities to transmit their own data. Since, exploiting cooperative communication in order to enhance performance of cognitive radio network has drawn noticeable attention. Therefore, multiple-input-multiple-output (MIMO) technique makes it possible to improve information achievable data rates via by simultaneous transmission independent information sequences over multiple antennas. In this dissertation, a spectrum leasing model within the framework of game theory is proposed for a multiuser multiple-input-multiple-output (MIMO) cooperative cognitive radio network (CCRN), where the transmitters an​d receivers have multiple antennas. Based on cooperation-based spectrum leasing model, primary user may be willing to lease its bandwidth for a fraction of time to secondary users in exchange for tailored revenue. On the other hand, selected secondary users pay rents proportional to their transmit powers which are achieved as outcoms of secondary non-cooperative maximization. Non-cooperative secondary games are set up for two different utility functions which are defined as the difference between the achievable transmission rate an​d the cost of transmitted energy an​d also energy efficiency. Distributed algorithms are presented in order to converge to the unique Nash equilibrium (NE). Moreover, interference cancellation is applied into secondary network in order to improve the utilities of both primary link an​d secondary network. Eventually, the proposed spectrum leasing model is generalized for a cooperative cognitive radio network with common secondary receiver. Performance results are provided to verify the improvement of the proposed scheme for both primary an​d secondary networks compared with the non-cooperative communication an​d single antenna spectrum leasing. Keywords-Cognitive Radio, Spectrum Leasing, Cooperative Communication, Multiple Antennas.