شبیه سازی و بهبود عملکرد در یک شبکه مخابراتی بی سیم رله چندکاربره مبتنی بر ofdma با استفاده از تخصیص منابع

در این پایان نامه، تخصیص منابع متمرکز (زمان، فرکانس و توان) در یک شبکه چندکاربره رله مبتنی بر ofdma و در یک سناریوی فروسو مورد بررسی و شبیه سازی قرار گرفته است. مسأله مورد نظر در رابطه با حداقل ساختن مجموع توان ارسالی ایستگاه پایه و ایستگاه های رله با اعمال شرط بر روی نرخ درخواستی کاربرها می باشد. برای حل مسائل و انجام شبیه سازی سطوح گسسته برای مدولاسیون وفقی در نظر گرفته شده است. سناریوی مورد بررسی یک شبکه سلولی است که ایستگاه پایه و ایستگاه های رله در مرکز هر سلول قرار داشته و کاربرها در سیستم مورد نظر به صورت تصادفی و یکنواخت در سراسر شبکه توزیع می گردند. در این پایان نامه، روشی پویا برای تخصیص کاربرها به ایستگاه های مرکزی ارائه شده است. این روش برای تخصیص کاربر به ایستگاه پایه و ایستگاه های رله از میانگین گیری بر روی ضرایب فیدینگ کانال استفاده می کند. الگوریتم-های پویا مربوط به تخصیص زیرفریم زمانی به ایستگاه های مرکزی، تخصیص زیرحامل ها به کاربران و بار کردن بیت وفقی در این پایان نامه مورد بررسی و شبیه سازی قرار می گیرند. کانال مخابراتی تحت تاثیر تلفات مسیر، فیدینگ رایلی و اثر سایه log-normal است. عملکرد الگوریتم های پویا و ایستا در ارتباط با میزان مجموع توان ارسالی ایستگاه پایه و ایستگاه های رله در یک شبکه چند کاربره مبتنی بر ofdm و همچنین یک شبکه چندکاربره رله مبتنی بر ofdma با یکدیگر مقایسه می شوند. در این پایان نامه، یک الگوریتم جدید برای تخصیص پویای زیرحامل به کاربران و برای حالتی که در شبکه استفاده مجدد فرکانسی داریم، ارائه شده است. این الگوریتم بر اساس توابع هزینه ای که بیانگر توان ارسالی در شبکه هستند به صورت منصفانه و پویا زیرحامل ها را به کاربرهای موجود در شبکه تخصیص می دهد. بر اساس شبیه سازی های انجام شده میزان بهبودی الگوریتم پیشنهادی نسبت به روش بدون استفاده مجدد فرکانسی به ازای کمترین تعداد کاربر و نرخ درخواستی (10 کاربر و نرخ 32 بیت در سمبل ofdm) به میزان 0.01db بوده و با افزایش تعداد کاربر و نرخ درخواستی تا (30 کاربر و نرخ 96 بیت در سمبل ofdm) این بهبودی تا 33.51db افزایش داشته است. همچنین با در نظر گرفتن تداخل فرکانسی کاربرها در شبکه سلولی، توان هر زیرحامل به گونه ای محاسبه شده است که کیفیت سرویس مطلوب برای هر زیرحامل که در اینجا احتمال خطای قابل تحمل است، حفظ گردد. برای رسیدن به این منظور یک روش پیشنهادی مطرح شد که منجر به تشکیل مساله بهینه سازی برای هر یک از مجموعه زیرحامل های تداخلی گردید. در این مسائل، تابع هدف مجموع توان های تداخلی برای هر زیرحامل بوده و تابع شرط نیز بر اساس بیشتر بودن سیگنال به نویز و تداخل (sinr) از سیگنال به نویز غیر تداخلی محاسبه گردیده است. پس از حل این مسائل با استفاده از linear programming، مجموع توان مصرفی تداخلی در شبکه قابل محاسبه شد. بر این اساس مقدار واقعی توان مصرفی در شبکه برای حذف تداخل و با رعایت احتمال خطای قابل تحمل برای هر زیرحامل به دست آمد. بر اساس شبیه سازی انجام شده برای (20 کاربر و نرخ 28 بیت در سمبل ofdm) توان ارسالی کل میانگین در روش استفاده مجدد فرکانسی بدون در نظر گرفتن تداخل، نسبت به روش بدون استفاده مجددد فرکانسی دارای 4.77db بهبودی است. اما با در نظر گرفتن تداخل در شبکه و محاسبه توان کل در این حالت نشان داده شد که میزان بهبودی واقعی به دست آمده 3.42db می باشد. روش پیشنهاد شده برای تخصیص توان آگاه از تداخل، برای اندازه های مختلف کلاستر در روش استفاده مجدد فرکانسی نیز قابل پیاده سازی است.