پديد آورنده :
قضاوي خوراسگاني، علي رضا
عنوان :
تخصيص منابع انرژي-كارآمد براي شبكه داخل ساختمان موج ميلي‌متري مجهز به چندين سطح بازتابنده هوشمند
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
مخابرات سيستم
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
شانزده، 102 ص : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
سطح بازتابنده هوشمند , ارتباطات موج ميلي‌متري , بهينه‌سازي محدب , برنامه‌ريزي كسري , بهره‌وري انرژي , تخصيص منابع
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/12/21
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/12/22
چكيده فارسي :
نيازمندي‌هاي بسيار پرتقاضاي نرخ داده شبكه‌هاي بي‌سيم در حال ظهور (نسل پنجم (5G) و فراتر از آن)، نگراني‌هاي جدي در مورد مصرف انرژي آن‌ها ايجاد كرده است. در نتيجه، بهره‌وري انرژي بيت بر ژول (EE) به عنوان يك شاخص عملكرد كليدي براي تضمين شبكه‌هاي بي‌سيم سبز و پايدار ظاهر شده است. در ميان رويكردهاي پياده‌شده در فرستنده يا گيرنده كه نامزدهايي براي ارتباطات سبز هستند، يك فناوري سخت‌افزاري اخيراً در حال ظهور مناسب براي كاهش قابل‌توجه مصرف انرژي، سطح بازتابنده هوشمند (IRS) است. سطح بازتابنده هوشمند، با ارتقاء رويكردهاي سنتي در قبال كانال‌هاي ارتباطي بي‌سيم، از «انطباق با كانال‌هاي بي‌سيم» به «ايجاد محيط بي‌سيم هوشمند»، به عنوان يك فناوري دگرگون‌ساز در ارتباطات بي‌سيم در نظر گرفته شده است. به طور خاص، يك IRS از تعداد زيادي جزء غيرفعال كم‌هزينه تشكيل شده است كه هر كدام مي‌تواند سيگنال تابيده شده را به طور مستقل با يك تغيير فاز قابل تنظيم بازتاب كند تا به طور مشترك به شكل‌دهي پرتو غيرفعال سه بعدي (3D) بدون نياز به هيچ‌گونه زنجيره‌هاي ارسال فركانس-راديويي (RF) در IRSها دست يابند. در اين پژوهش، يك چارچوب جديد براي بهينه‌سازي تخصيص منابع انرژي-كارآمد در ارتباطات موج ميلي‌متري (mmWave) براي ارسال فروسوي مجهز به چند IRS از سمت نقطه دسترسي (AP) به كاربران، پيشنهاد شده‌است. در اين شبكه، ما مسئله تخصيص منابع را به عنوان يك مسئله بهينه‌سازي MINLP براي به حداكثر رساندن بهره‌وري انرژي به شرط محدوديت‌هاي نسبت سيگنال به تداخل به اضافه نويز (SINR) فرموله مي‌كنيم. به منظور حل اين مسئله، سه راه‌حل زيربهينه دو مرحله‌اي به ترتيب براي چيدمان تك-كاربره، شامل راه‌حل‌هاي متمركز و توزيع‌شده و راه‌حل مبتني بر برنامه ريزي كسري (FP) چند-كاربره پيشنهاد مي‌شود. ابتدا يك الگوريتم متمركز بر اساس ترفند آزادسازي نيمه معين (SDR) پيشنهاد مي‌كنيم. همچنين يك الگوريتم توزيع‌شده با پيچيدگي كم پيشنهاد مي‌كنيم كه در آن AP و IRS به طور مستقل شكل‌دهي پرتو ارسال و ضرايب شيفت فاز را به صورت پشت‌سرهم تا رسيدن به همگرايي تنظيم مي‌كنند. در چيدمان چند-كاربره، در مرحله اول، رويكردهاي تقريب محدب متوالي (SCA) و FP براي دستيابي به يك راه‌حل براي زيرمسئله ضرايب شيفت فازي و بهينه‌سازي بردار روشن-خاموش اجزاي IRS اعمال مي‌شوند. سپس در مرحله دوم، براي زيرمسئله شكل‌دهي پرتو، يك رويكرد FP بسيار كارآمد پيشنهاد مي‌شود كه مي‌تواند يك راه‌حل بهينه براي بردار شكل‌دهي پرتو AP پيدا كند. نشان داده مي‌شود كه رويكرد پيشنهادي مي‌تواند بهره‌وري انرژي را به ترتيب تا بيش از 55%، 42% و 984% براي الگوريتم‌هاي متمركز، توزيع‌شده (براي مورد تك-كاربره) و مبتني بر FP (براي مورد چند-كاربره) در مقايسه با چيدماني كه نه تخصيص اجزاي IRSها و نه شيفت فازي‌هاي آن‌ها بهينه است، بهبود بخشد.
چكيده انگليسي :
The highly demanding data rate requirements of emerging wireless networks, have raised serious concerns on their energy consumption. As a consequence, the bit-per-Joule Energy Efficiency (EE) has emerged as a key performance indicator to ensure green and sustainable wireless networks. IRS is intended to be a game-changing technology by shifting from ``adapting to wireless channels" to a ``smart wireless environment". Specifically, an IRS consists of a large number of low-cost passive elements, each being able to reflect its received signal independently with an adjustable phase-shift so as to collaboratively achieve three-dimensional (3D) passive beamforming without the need for any transmit radio-frequency (RF) chains at IRS itself. In this thesis, a new framework for optimizing the energy-efficient resource allocation in a downlink millimeter-wave (mmWave) communication for multi-IRS-assisted 6G networks is proposed. In this regard, the goal is maximizing the energy efficiency of the network by iteratively obtaining the phase shift coefficients of IRSs, transmission beamforming matrix of the access point (AP), and IRS element on-off status. To maximize energy efficiency under individual signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) constraints, we formulate a MINLP optimization problem. A two-stage SDR-based approach and a low-complexity closed-loop approach for single-user scenarios and an FP-based approach for multi-user scenarios are presented. We apply successive convex approximation (SCA) and fractional programming (FP) approaches to achieve a solution to the optimization subproblem of the phase-shift coefficients and element on-off states of the IRSs. Then, in the second stage, a highly efficient FP approach to the beamforming subproblem is proposed to find the optimal solution of the AP`s beamforming matrix. In a multi-user scenario, in the first stage, We apply successive convex approximation (SCA) and fractional programming (FP) approaches to achieve a solution to the optimization subproblem of the phase-shift coefficients and element on-off states of the IRSs. Then, in the second stage, a highly efficient FP approach to the beamforming subproblem is proposed to find the optimal solution of the AP`s beamforming matrix. Our performance analysis shows that the proposed centeralized and distributed approach, respectively enhances the energy efficiency up to 55%, 42%, and 984% for single-user and multiple-user scenarios, in comparison to the case where the on-off status and phase-shift coefficients of IRS elements are not optimal.
استاد راهنما :
فروغ السادات طباطباء , نغمه سادات مويديان
استاد مشاور :
مهدي نادري سوركي
استاد داور :
محمدجواد اميدي , نغمه سادات مويديان
