21828

21828

ارسال هم زمان بي سيم اطلاعات و توان در سيستم رله MIMO چند كاربره مبتني بر همترازي تداخل سبز

كارشناسي ارشد

مخابرات سيستم

1398

1398/12/7

دكتر ابوالفضل فلاحتي

برق

يكي از موضوعات پايه ‌‌‌اي در سيستم هاي مخابراتي بي‌سيم چندكاربره، مسئله مديريت تداخل است. همترازي تداخل يك روش اميدوار كننده براي حل اين مسئله است. به طوريكه در اين روش در مقايسه با روش هاي ديگر مديريت تداخل، فضاي اشغال شده توسط سيگنال هاي تداخلي در هر گيرنده بيش تر كاهش مي‌يابد و فضاي بيش تري در اختيار سيگنال مطلوب قرار مي‌گيرد. اگرچه تداخل موجب كاهش نرخ مبادله اطلاعات مي‌شود اما بر طبق پيشرفت هاي تحقيقاتي اخير، تداخل مي‌تواند مزايايي نيز براي شبكه هاي بي سيم فراهم كند. با توجه به اين كه سيگنال هاي بي سيم از قابليت حمل توان و اطلاعات برخوردار هستند، مي‌توان از تداخل موجود در محيط براي بهره برداري انرژي در گيرنده ها استفاده نمود. بنابراين، تداخل دو جنبه متفاوت دارد. از يك سو بر روي كيفيت ارسال اطلاعات اثر مي گذارد و از سوي ديگر مي‌تواند براي بهره برداري انرژي استفاده شود. همترازي تداخل و برداشت انرژي بي سيم در منابع تحقيقاتي معمولا به صورت جدا بررسي مي‌شوند. به طوريكه، در شبكه هاي مرسوم همترازي تداخل، هدف نهايي حذف سيگنال هاي تداخلي است و از تداخل موجود در محيط براي كاربرد خاصي بهره برداري نمي‌شود؛ در حاليكه مي توان از اين سيگنال ها براي برداشت انرژي استفاده نمود. در اين پايان نامه، همترازي تداخل در بعد فضا و برداشت انرژي بي‌سيم با بهره برداري از تداخل در يك كانال تداخلي MIMO دو پرشي چند كاربره با رشته هاي داده چندگانه به صورت توأم مورد بررسي قرار مي گيرد. ابتدا يك طرح مديريت تداخل مبتني بر همترازي تداخل در سيستم مذكور با حالت هاي مختلف CSI و همبستگي بين آنتن ها براي هر دو پروتكل رله AF و DF پيشنهاد مي‌شود. به طوريكه، تكنيك همترازي تداخل در فاز اول و دوم ارسال براي همتراز كردن سيگنال هاي تداخلي در هريك از رله ها و گيرنده ها بكار گرفته مي‌شود. سپس براي ارسال هم زمان اطلاعات و توان با استفاده از طرح مديريت تداخل پيشنهادي، يك طرح تخصيص توان در پروتكلDF با تضمين مقدار توان برداشت شده و كيفيت سيگنال هاي دريافتي پيشنهاد مي‌شود. طرح هاي پيشنهادي بر اساس نرخ مجموع ميانگين و ميانگين توان كل ارسالي مورد تحليل و بررسي قرار مي‌گيرد. نتايج شبيه سازي نشان مي‌دهد كه طرح پيشنهادي نسبت به همترازي تداخل در كانال تداخلي، نرخ مجموع بيش تري را فراهم مي‌كند و براي برآورده كردن حدود آستانه‌ مقدار توان برداشت شده و كيفيت سيگنال دريافتي به توان ارسالي كم تري نياز دارد. واژه‌ هاي كليدي: همترازي تداخل، ارسال هم زمان بي سيم اطلاعات و توان، برداشت انرژي، رله AF، رله DF، CSI ناكامل و وجود همبستگي بين آنتن ها

1398/12/20

Simultaneous Wireless Information and Power Transfer in Multi-user MIMO Relay System Based on Green Interference Alignment

2/26/2020 12:00:00 AM

One of the fundamental problems in the multi-user wireless communication systems is the problem of interference management. Interference alignment (IA) is a promising method to solve this problem. In this method, the space occupied by the interfering signals at each receiver is further reduced and more space is given to the desired signal compared to other interference management methods. Although interference reduces the data rate, but according to recent research advances, interference can also provide benefits to wireless networks. By considering wireless signals can carry Information and power, interference in the environment can be used for energy harvesting in the receivers. Consequently, interference has two different aspects. On the one hand, affecting the quality of information transmission and on the other hand, can be used for energy harvesting. IA and wireless energy harvesting are commonly investigated separately in research sources. In conventional IA networks, the ultimate goal is to align and then eliminate interfering signals. So that, interference in the environment is not exploited for a particular application, while these signals can be used for energy harvesting. In this thesis, IA in space dimension and wireless energy harvesting by exploiting interference is investigated jointly in the downlink of a multi-user multiple-input multiple-output (MIMO) two-hop interference channel with multiple data streams. First, an IA based interference management scheme is proposed in the system with different CSI modes and correlation among the antennas for both AF and DF protocols. So that, the IA technique in the first and second hops is adopted to align the interfering signals in each relay and receiver. Then to transfer information and power simultaneously by using the proposed interference management scheme, a power allocation scheme is proposed in the DF protocol to guarantee the amount of harvested power and the quality of received signals. The proposed schemes are analyzed based on average sum rate and average total transmit power. The simulation results show that the proposed scheme provides higher average sum rate than IA in interference channel and it needs less transmitting power to meet the thresholds of the harvested power and the quality of the received signal. Keywords: Interference alignment, simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT), energy harvesting, AF relay, DF relay, imperfect CSI, correlation among the transmit and receive antennas.