تخصيص بهينه منابع در شبكه‌هاي راديو همزيستي و استفاده از سطوح هوشمند بازتابنده در آنها

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

برق

دكتري

در سال‌هاي اخير، نياز مردم به رشد و گسترش ارتباطات بي‌سيم بسيار افزايش يافته است. اين ارتباطات در مسير گسترش خود موانع فراواني داشته و متناسب با نيازهاي روزافزون كاربران، لازم است كه محققان فعاليت‌هاي پژوهشي بيشتري براي رفع اين موانع انجام دهند. اين موانع را مي‌توان ميزان مصرف انرژي بالا توسط سيستم‌هاي فعال، نياز به تخصيص فركانس‌هاي زياد براي برقراري ارتباطات كاربران متعدد با پهناي باند بالا و در نتيجه آن استفاده از منابع سخت‌افزاري قدرتمند و گران در هسته مركزي پردازشي شبكه، پوشش دهي سراسري ارتباطات با حذف نقاط كور در تمام كره زمين، نياز به وجود زيرساخت ارتباطي بين‌سلولي پرهزينه و... برشمرد. لذا هدف اصلي در اين رساله، ارائه پيشنهاد براي رفع برخي از مشكلات اساسي در شبكه‌هاي نوين مخابراتي مي‌باشد. ابزارهاي مورد استفاده در اين طرح، دو فناوري تحت عناوين صفحات هوشمند قابل پيكربندي (RIS) و سيستم‌هاي راديوهمزيستي (SR) مي‌باشد. SR يك سيستم جديد پيشنهادي براي شبكه‌هاي نسل‌هاي آينده مخابرات مي‌باشد كه در آن يك سيستم ثانويه (كاربر)، از زيرساخت، فركانس و انرژي سيگنال‌هاي سيستم اوليه (فرستنده محيطي) براي ارسال اطلاعات خود، و يا افزايش قابليت اطمينان ارسال اطلاعات سيستم اول استفاده مي‌كند. همچنين صفحات RIS قابليت‌هاي بسياري مانند شكل‌دهي پرتو، افزايش توان سيگنال ارسال اوليه و افزايش سطح پوشش‌دهي شبكه با كمك انعكاس سيگنال‌هاي محيطي مورد نظر را دارند. در طرح اول ارائه شده در اين تحقيق هدف كاهش ميزان مصرف انرژي و افزايش بهره‌وري انرژي در يك شبكه چند كاربره به صورت SR مي‌باشد. در اين راستا مدل‌سازي شبكه مخابراتي با استفاده از مساله بهينه‌سازي انجام شده و با استفاده از 2 روش رياضياتي تحت عناوين CQR و SQ اين مساله محدب شده و شبيه‌سازي مي‌گردد. در خروجي اين طرح مشاهده مي‌گردد كه كاهش مصرف انرژي در روش CQR بهتر انجام مي‌شود. همچنين خروجي روش پيشنهادي اين طرح در حالات مختلف فرستنده چند آنتني، حالت‌هاي چند كاربره، حالت‌هاي نزديك و يا دور بودن كاربران از فرستنده و گيرنده به صورت كامل شبيه‌سازي و تحليل مي‌شود. از طرفي قياسي ميان طرح مذكور و ساير تكنولوژي‌هاي ارتباطي IoT از نظر بهره‌وري طيفي و بهره‌وري انرژي انجام شده كه برتري روش ارائه شده در اين طرح را كاملاً مشهود مي‌سازد. در طرح دوم ارائه شده در اين تحقيق، هدف افزايش مجموع نرخ تبادل اطلاعات ميان كاربران موجود در يك شبكه راديو همزيستي تعيين مي‌گردد. در اين حالت از سيستم STAR-RIS به صورت اكتيو در شبكه بهره مي‌بريم كه با كمك آن حتي به كاربراني كه فرستنده مركزي لينك ديد مستقيم ندارد، هم سيگنال مورد نظر را مي‌رسانيم. در اين طرح با استفاده از يك مساله بهينه‌سازي، شبكه و قيود آن را به صورت كامل مدل سازي كرده و سپس با استفاده از 3 روش نوين در زمينه يادگيري تقويتي عميق تحت عناوين PPO، TD3 و A3C شبكه را مدل سازي و شبيه‌سازي مي‌كنيم. تحت حالات مختلف در خروجي مشاهده مي‌كنيم كه روش A3C نسبت به دو روش ديگر برتري قابل توجهي در افزايش مجموع نرخ تبادل اطلاعات كاربران در شبكه دارد.

227290

مخابرات سيستم

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان