22881

تخصيص توان بهينه در سيستم هاي مشاركتي مخابرات بي سيم نوري زير آب

كارشناسي ارشد

مخابرات سيستم

1399/8/25

دكتر سيد علي اصغر بهشتي شيرازي

دكتر سيد عليرضا نظام الحسيني

برق

با پيشرفت تكنولوژي استفاده از شبكه هاي مخابراتي زير دريا و اقيانوس ها از قبيل سيستم هاي مونيتورينگ يا نظارتي، ارتباطي، تبادل داده و شبكه هاي حسگر بي سيم در زيرآب با سرعت چشم گيري توسعه و گسترش يافته است. سيستم هاي مخابرات نوري زير آب نسبت به سيستم هاي ديگر همچون سيستم هاي صوتي داراي سرعت بالاتري براي انتقال داده هستند. بنابراين مي توان از سيستم هاي نوري به عنوان جايگزين سيستم هاي ديگر براي مخابرات نوري زير آب نام برد. البته با توجه به نو ظهور بودن سيستم هاي نوري در زير آب، همچنان چالش هاي زيادي وجود دارد. ازجمله مهمترين چالشهايي كه تحقيقات زيادي در اين زمينه صورت مي گيرد، اين است كه فاصله ي ارتباطي فرستنده و گيرنده در حد چندين متر است. راه كارهاي متنوعي براي افزايش برد سيستم هاي مخابرات نوري زير آب اشاره شده است كه يكي از راه كارهاي حل اين چالش، استفاده از گره هاي مياني جهت افزايش فاصله ي بين فرستنده و گيرنده است. اين رويكرد، مسايل متعددي را به ميان مي آورد كه در اينجا سعي شده است كه تحقيقات صورت گرفته در اين زمينه را بررسي نموده و همچنين جهت بهبود كيفيت ارتباط بين فرستنده و گيرنده، مساله ي مورد نظر را مطرح و روش حل آن بيان شود. استفاده از گره هاي مياني به دو روشموازي و سري است و اين گره ها سيگنال دريافتي را تقويت و ارسال مي كنند و يا اينكه ابتدا تشخيصسيگنال صورت مي گيرد و سپسارسال مي شود.در سيستم هاي مشاركتي سري با هر گره ي مياني سيگنال دريافتي را ابتدا شناسايي مي كند ،Detect and Forward استفاده از گره هاي و سپس سيگنال شناسايي شده را به گره ي بعدي ارسال مي كند. از طرفي، در سيستم هاي مشاركتي سيگنال دريافتي تقويت شده و به گره ي بعدي ارسال ،Amplify and Forward سري با گره ي مياني مي گردد. در هر دو حالت، ابتدا روابط مربوط به نرخ خطاي بيت انتها به انتها بدست آورده مي شود و سپس به منظور دستيابي به نرخ خطاي پايين تر، از روش تخصيص توان بهينه استفاده مي شود. از طرفي هر گره ي مياني ،Detect and Forward ديگر، در سيستم هاي مشاركتي موازي با استفاده از گره هاي سيگنال دريافتي را ابتدا شناسايي مي كند و سپس سيگنال شناسايي شده را به گيرنده ارسال مي كند. سيگنال دريافتي ،Amplify and Forward از طرفي، در سيستم هاي مشاركتي موازي با گره ي مياني تقويت شده و به گيرنده ارسال مي گردد. در هر دو حالت، ابتدا روابط مربوط به نرخ خطاي بيت انتها به انتها بدست آورده مي شود و سپس به منظور دستيابي به نرخ خطاي پايين تر، از روش تخصيص توان بهينه در سمت فرستنده استفاده مي شود. در نهايت، در بخش شبيه سازي اين نتيجه بدست مي آيد كه استفاده از روش تخصيص توان در سيستم هاي ذكر شده، باعث كاهش توان ارسالي براي دستيابي به مقدار مشخص نرخ خطاي بيت مي گردد.

1399/09/22

Optimal Power Allocation in RelayAssisted Underwater Wireless Optical Communication Systems

11/15/2020 12:00:00 AM

For a relaying underwater wireless optical communication (UWOC) system with ON-OFF keying (OOK) modulation, we theoretically evaluate the optimal power allocation techniques in order to minimize the end-to-end bit error rate (BER), subject to transmission power constraints. First, we evaluate the end-to-end BER with respect to all degrading effects of the UWOC channel, namely scattering, absorption, and turbulence-induced fading, and then develop a closed-form BER expression as a function of transceiver parameters and water type. The optimal power allocation methods are obtained using the perfect channel state information available at the receiver (CSIR) and transmitter (CSIT) for both detect and forward (DF) and amplify and forward (AF) relaying systems. For each relaying method, first we consider a dual-hop UWOC system and determine optimal power allocation to minimize the BER. Afterward, we consider a multihop system with equidistant relays and determine optimal power allocation to find the minimum BER for a given number of hops. In comparison to the equal power allocation, our results illustrate that UWOC relaying systems with optimal power allocation enable better performance.