تخصیص بهینه توان در شبکه رادیوشناختی ‌ با ارسال داده‌ی مستقیم و به کمک رله با راهبرد تقویت و گسیل

محورهای موضوعی : انرژی های تجدیدپذیر

آناهیتا پاکدلیان ¹ , روح اله آقاجانی ²

1 - کارشناس ارشد - دانشکده مهندسی برق، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران
2 - استادیار - دانشکده مهندسی برق، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، اصفهان، ایران

تاریخ دریافت : 1394/10/03 تاریخ پذیرش : 1395/06/09 تاریخ انتشار : 1395/11/01

کلید واژه: شبکه‌رادیو‌شناختی, تخصیص توان بهینه, محدودیت‌های تداخل, ارسال مستقیم, راهبرد تقویت و گسیل,

چکیده مقاله :

در شبکه های رادیوشناختی، کاربرهای شناختگر امکان استفاده از طیف های مجوزدار، که به کاربران اولیه تخصیص داده شده است را دارند. ولی با توجه به اینکه کاربران اولیه در دسترسی به طیف اولویت دارند، کاربران شناختگر نباید برای آن‌ها تداخل مخرب تولید کنند. در جهت رسیدن به این هدف، تخصیص توان ارسالی کاربرهای شناختگر مسئله ای مهم است. در این مقاله ما تخصیص بهینه توان برای دست یابی به بیشترین نرخ انتقال داده در یک شبکه رادیوشناختی دو کاربره ‌ با ارسال داده‌ی مستقیم و به کمک رله با راهبرد تقویت و گسیل را بررسی می‌کنیم. ابتدا مسئله حداکثر نرخ مجموع را با توجه به محدودیت های تداخل با شبکه اولیه بررسی می‌کنیم، سپس مسئله را از نظر ریاضی تحلیل می‌کنیم. شبیه سازی مسئله تخصیص توان بهینه را براساس مکان‌های مختلف قرار گرفتن رله و مکان های مختلف قرار گرفتن شبکه ی اولیه انجام داده ایم. همچنین نتایج حالت تخصیص بهینه با حالت تخصیص توان مساوی مقایسه شده است.

چکیده انگلیسی:

One of the most prominent challenges in meeting the demand is the scarcity of radio resources. Cognitive radio is one of the techniques has been proposed for efficiently utilizing the radio resources. In Cognitive Radio CR) networks, the CR users have opportunities to access the licensed spectrum bands assigned to the primary users (PUs). Since the PUs have priorities to use the bands, the CR users are not allowed to generate unacceptable interference to them. In this paper, we investigate power allocation schemes for CR networks with two users where one users uses direct transmission and the other uses AF relay-aided transmissions. We first formulate an overall rate optimization problem with interference constraints to the PU and peak power constraints at each node and obtain solutions by theoretical analysis. We also simulate the solution base on different location of the relay and different location of the PU network.we compare the results with equal power allocation

منابع و مأخذ:

[1] S. Ashrafinia, U. Pareek, M. Naeem, D. Lee, “Biogeography-based optimization for joint relay assignment and power allocation in cognitive radio systems”, Proceeding IEEE Symposium on Swarm Intelligence (SIS), pp.1-8, 2011.

[2] J. Zou, H. Xiong, D. Wang, C.W. Chen, “Optimal power allocation for hybrid overlay/underlay spectrum sharing in multiband cognitive radio networks”,  IEEE Trans. on Veh. Technol., Vol. 62, No. 4, pp. 1827-1837, May 2013.

[3] L. Musavian, S. Aissa, “Capacity and power allocation for spectrum sharing communications in fading channels”, IEEE Trans. on Wireless Commun., Vol. 8, No. 1, pp. 148–156, Jan. 2009.

[4] X. Gong, A. Ispas, G. Dartmann, G. Ascheid, “ Power allocation and performance analysis in spectrum sharing systems with statistical CSI”, IEEE Trans. on Wireless Commun., Vol 12, No. 4, pp. 1819-1831, Apr. 2013.

[5] C. Chang, J. Chang, “Optima design parameters in a multi hop packet radio network using random access techniques", Computer networks and ISDN systems, Vol. 5, No. 11 pp. 493-497, Nov. 1986.

[6] J. Lee, H. Wang, J.G. Andrews, D. Hong, “Outage probability of cognitive relay networks with interference constraints”, IEEE Trans.  on Wireless Commun., Vol. 10, No. 2, Feb. 2011.

[7] M. Naeem, A. Anpalagan, M. Jaseemuddin, D. C. Lee, “Resource allocation techniques in cooperative cognitive radio networks, ” IEEE Commun. Surveys and Tutorials, Vol. 16, No. 5,  pp.729-744, May 2014.

[8] D. X. He, F.Y. Li, “Throughput and energy efficiency comparison of one hop, two hop, virtual relay and cooperative retransmission schems”,  Proceeding European Wireless, pp.580-587, 2010.

[9] K.J.R. Liu, A.K. Sadek, W. Su, A. Kwasinski, “Cooperative communications and networking”, Cambridge university, Press 2008.

[10] R. Aghajani, R. Saadat, M.R. Aref, “Comparison of managed decode-and-forward scheme and common decode-and-forward scheme in cooperative communication systems”, Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, Vol 6, No. 22, pp. 3-12, Summer 2015.

[11] I. Maric, R.D. Yates, “Bandwidth and power allocation for cooperative strategies in gassian relay network", IEEE Trans. On Inf. Theory, Vol. 56, No.4, pp. 1880-1889, Apr. 2010.

[12] O. Simeone, U. Spagnolini, Y. Bar-Ness, “Stable throughput of cognitive radios with and without relaying capability", IEEE Trans. On Commun., Vol. 55, No. 12, pp. 2351-2360, Dec. 2007.

[13] L. Musavian, S. Aissa, “Capacity and power allocation for spectrum sharing communications in fading channels,” IEEE Trans. on Wireless Commun.,Vol. 8, No. 1, pp. 148–156, Jan. 2009.

[14] Y.J.A. Zhang, A.M.C. So, “Optimal spectrum sharing in MIMO cognitive radio networks via semi definite programming,” IEEE J.  on Sel. Areas Commun., Vol. 29, No.2, pp. 362–373, Feb. 2011.

[15] C. D. T. Thai, P. Popovski, “Rate regions for coordination of decodeand- forward relays and direct users,” Proceeding  IEEE Int. Conf. Commun., pp.4468-4472, 2012.

[16] S.Y. Lien, K.C. Chen, Y.C. Liang, Y. Lin. “Cognitive radio resource managmant for future cellular networks” IEEE Trans. On Wireless Commun., Vol. 21, No.1, pp 70-79, Feb. 2014

[17] S. Weifeng, K. A. Sadek, K. J. Ray Liu, “Cooperative communication protocols in wireless networks: Performance analysis and optimum power allocation, ”, Wireless Personal Communications Springer, Vol. 44, No. 2, pp. 181-217, Jan. 2008

[18] F. Gomez-Cuba, R.A. Cacheda, F.G. Castano, “A survey on cooperative diversity for wireless networks”, IEEE Commun. Surveys & Tutorials, Vol.14, No.3, pp.822-835, Fall 2012.

[19] S. Zahedi, “On Reliable Communication Over Relay Networks”, Ph.D. thesis, Stanford Univ., 2005.

[20] R. Aghajani, R. Saadat, M.R. Aref, “Power allocation and performance analysis for incremental-selective decode-and-forward cooperative communications over Nakagami-m fading channels,” IEICE Trans. on Commu. ,Vol. E96-B, No. 6, pp.1531-1539, Jul. 2013.‏

[21] J. Mietzner, L. Lampe,  R. Schober, “Distributed transmit power allocation for multihop cognitive radio systems”, IEEE Trans. On Wireless Commun., Vol. 8, No. 10,  pp. 5187–5201. Oct. 2009.

[22] B. Bandemer, Q. Li, X.E. Lin, A. Paulrag, “Overhearing-based interference cancellation for relay networks”, Proceeding  IEEE Veh. on Technol. Conf., pp. 1–5, Fall 2009.

[23] C. Thai, P. Popovski, “Coordinated direct and relay transmission with interference cancelation in wireless systems,” IEEE Commun. Lett., Vol. 15, No. 4, pp. 416–418, Apr. 2011,

[24] C.D.T. Thai, P. Popovski, “Rate regions for coordination of decodeand- forward relays and direct users,” Proceeding   IEEE Int. Conf. on Commun., pp.4468-4472, 2012

[25] L. Lu, G.Y. Li, G. Wu, “Optimal power allocation for CR networks with direct and relay-aided transmissions,” IEEE Trans. on wireless commun., Vol. 12, No. 4, pp.1832-1842, Apr. 2013.