پديد آورنده :
حاج‌حيدري ورنوسفادراني، محمد هادي
عنوان :
شكل‌دهي پرتو غيرفعال و تخصيص منابع در شبكه‌هاي راديو شناختگر مبتني بر سطوح بازتابنده هوشمند
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
مخابرات سيستم
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
پانزده، 87ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
سطوح بازتابنده هوشمند , سطوح هوشمند قابل تنظيم مجدد , راديو شناختگر , اشتراك‌گذاري طيف , كارايي طيف , بهينه‌سازي محدب , تخصيص المان , برنامه‌ريزي كسري
تاريخ ورود اطلاعات :
1403/05/31
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1403/06/10
چكيده فارسي :
امروزه، به دليل افزايش استفاده از دستگاه‌هاي مخابراتي، طيف فركانسي نيز تحت استفاده زيادي قرار گرفته است و از اين رو كارايي طيف در كنار كارايي انرژي به يك چالش در طراحي سيستم‌هاي مخابراتي تبديل شده‌است. سيستم‌هاي راديو شناختگر، ساختار‌هايي هستند كه به منظور استفاده بهينه از طيف‌هاي فركانسي مورد استفاده در مخابرات، به‌كار مي‌روند. سيستم‌هاي ارتباطي با استفاده از فناوري راديويي شناختگر، به عنوان راه حل اميدوار كننده براي بهبود كارايي طيفي، مي‌باشند. در سيستم‌هاي راديو شناختگر اين امكان فراهم مي‌شود تا يك دسته از كاربران كه مجوز رسمي استفاده از طيف فركانسي را ندارند، كه به آن‌ها كاربر ثانويه گفته مي‌شود؛ بتوانند بدون ايجاد اختلال در عملكرد شبكه داراي مجوز، كه به عنوان كاربر اوليه شناخته مي‌شوند؛ به‌طور همكارانه از طيف فركانسي استفاده كنند. از طرفي، سطوح بازتابنده هوشمند قادرند با تنظيم مجدد هوشمندانه محيط انتشار بي‌سيم با استفاده از عناصر انعكاسي غير فعال كم‌هزينه، عملكرد شبكه‌هاي ارتباطي را به ميزان قابل توجهي بهبود بخشند. با به‌كارگيري سطوح بازتابنده هوشمند، از ديدگاه سنتي انطباق با كانال‌هاي بي‌سيم عبور كرده و با رويكرد جديد ايجاد محيط بي‌سيم هوشمند مواجه مي‌شويم. به‌طور خاص، اين سطوح از تعداد زيادي جزء (المان) كم‌هزينه تشكيل شده‌اند كه هر كدام از اين اجزاء مي‌توانند سيگنال تابيده شده را به طور مستقل و با يك تغيير فاز قابل تنظيم بازتاب كند تا به يك شكل‌دهي پرتو سه بعدي، به طور مشترك و بدون احتياج به هيچ‌گونه زنجيره ارسال فركانس راديويي دست يابند.
در اين پايان‌نامه، براي بهينه‌سازي تخصيص منابع در شبكه‌هاي راديو شناختگر مبتني بر سطوح بازتابنده هوشمند، يك شبكه راديو شناختگر مبتني بر روش اشتراك گذاري طيف «زيرنهي» كه به سطوح بازتابنده هوشمند نيز تجهيز شده، در نظر گرفته و بهره‌وري طيفي كاربران شبكه ثانويه، در يك ارتباط فروسو از ايستگاه پايه ثانويه به كاربران، به‌گونه‌اي بيشينه شده است كه تداخل شبكه ثانويه بر روي اوليه از حد آستانه مجاز بيشتر نباشد. براي حل اين مسئله، با در نظر گرفتن رويكرد «تخصيص المان» يك الگوريتم متناوب پيشنهاد مي‌كنيم كه در آن ابتدا با در نظر گرفتن معيار «بهره كانال»، المان‌هاي تخصيص داده شده به هر كاربر ثانويه مشخص مي‌شود. سپس ضرايب شيفت فازي در سطح هوشمند و بردار شكل‌دهنده پرتو آنتن در ايستگاه پايه ثانويه، به‌طور مستقل و پشت سر هم، تا رسيدن به همگرايي بهينه مي‌شوند. پس از اين‌كه المان‌هاي تخصيص داده شده به هر كاربر در شبكه ثانويه مشخص شد، با در نظر گرفتن شيفت فازي‌هاي گسسته مقدار و پياده‌سازي يك الگوريتم جست و جوي هوشمندانه، از روش تبريد شبيه‌سازي شده استفاده مي‌كنيم تا ضرايب شيفت فازي بهينه را بيابيم. پس از مشخص شدن ضرايب شيفت فازي بهينه، با يك روش مبتني بر برنامه‌ريزي كسري، بردار شكل‌دهنده پرتو آنتن در ايستگاه پايه ثانويه نيز بهينه مي‌شود. نشان داده مي‌شود اين امر باعث مي‌شود عملكرد شبكه ثانويه نسبت به زماني كه شيفت فازي تصادفي بدون تخصيص مي‌باشد و يا زماني كه شبكه به سطح بازتابنده هوشمند مجهز نيست، بهبود يابد.
چكيده انگليسي :
The increasing demand for wireless communication devices has led to a surge in spectrum utilization, making spectral and energy efficiency crucial challenges in designing modern communication systems. Cognitive radio (CR) systems have emerged as a promising solution to address these challenges by enabling efficient spectrum utilization. CR systems allow unlicensed users, referred as secondary users (SUs), to opportunistically access and utilize licensed spectrum without interfering with the primary users' (PUs) operations. Intelligent reflecting surfaces (IRS) offer another promising approach to enhance network performance by intelligently reconfiguring the wireless propagation environment using a large number of low-cost passive reflecting elements. This paper investigates the integration of IRS into CR networks to optimize resource allocation and maximize the spectral efficiency of SUs in a downlink scenario from a secondary base station to SUs while ensuring that the interference from the secondary network to the primary network remains below the permissible threshold. To address this problem, we propose an alternating algorithm based on the "element allocation" approach. First, the elements are allocated to each SU based on the "channel gain" criterion. Then, the phase shift coefficients on the IRS and the beamforming vector of the secondary base station antenna are optimized independently and sequentially until convergence. Once the allocated elements for each SU are determined, we use a simulated annealing-based approach to find the optimal phase shift coefficients by considering discrete phase shifts and implementing an intelligent search algorithm. Finally, the antenna beamforming vector at the secondary base station is optimized using a fractional programming-based method. Simulation results demonstrate that the proposed approach significantly outperforms random non-allocated phase shifts and scenarios without IRS.
استاد راهنما :
فروغ السادات طباطباء
استاد داور :
محمدجواد اميدي , محمدمهدي نقش
