عنوان پایان‌نامه

تخصیص منابع در فراسوی شبکه های فمتوسل



    دانشجو در تاریخ ۱۳ مرداد ۱۳۹۵ ، به راهنمایی ، پایان نامه با عنوان "تخصیص منابع در فراسوی شبکه های فمتوسل" را دفاع نموده است.


    رشته تحصیلی
    مهندسی برق-مخابرات-سیستم
    مقطع تحصیلی
    کارشناسی ارشد
    محل دفاع
    کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2951;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75205
    تاریخ دفاع
    ۱۳ مرداد ۱۳۹۵
    دانشجو
    بهزاد خمیدهی
    استاد راهنما
    مریم صباغیان
    چکیده
    لینک فایل چکیده
    رشد روزافزون تعداد کاربران در شبکه‌های مخابرات سلولی و هم‌چنین نیاز این کاربران به نرخ داده‌های بیشتر، اهمیت بهره‌گیری از ساختارهای جدید و مناسب در شبکه‌های مخابراتی را دوچندان کرده است. یکی از این ساختارهای جدید، فمتوسل است که استفاده از آن باعث بهبود عملکرد شبکه از منظر پوشش‌دهی و نرخ داده می‌شود. در این پایان‌نامه، ما مدل یک سیستم دولایه‌ی شامل یک ماکروسل و چندین فمتوسل را در نظر می‌گیریم و مساله‌ی بهینه‌سازی تخصیص توان و زیرکانال را برای فراسوی این شبکه مورد بررسی قرار خواهیم داد. برای آن‌که این مساله‌ی تخصیص منابع را به صورت جامع مورد تحلیل قرار دهیم، هر دو روش single carrier frequency division multiple access (SC-FDMA) و orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) را بررسی می‌کنیم. در حالت SC-FDMA برای رعایت انصاف در مساله ی تخصیص توان، شرط نرخ داده ی کمینه برای کاربران فمتوسل در نظر گرفته شده است. علاوه بر این، قید مجاور بودن زیرکانال‌های اختصاص داده شده به هر کاربر را که از الزامات این روش دسترسی در استاندارد نسل چهارم است نیز در فرمول‌بندی مساله لحاظ خواهیم کرد. از آن‌جا که تداخل‌های بین لایه‌ای می‌توانند نرخ داده‌ی کاربران ماکروسل را تحت تاثیر قرار دهند، ما یک آستانه‌ی تداخل را بر روی مقدار تداخل ناشی از کاربران فمتوسل در محل ایستگاه پایه‌ی ماکروسل در نظر خواهیم گرفت. این قید، نرخ داده‌ی کاربران ماکروسل را حفظ خواهد کرد. هم‌چنین، ما مساله‌ی بهینه‌سازی را برای سناریوهای مختلف تخصیص منابع متمرکز و غیر‌متمرکز و هم‌چنین برای همسان‌سازهای zero forcing (ZF) و minimum mean square error (MMSE) مورد تحلیل قرار می‌دهیم. برای آن‌که الگوریتم تخصیص منابع واقعی‌تر گردد و در عمل نیز قابلیت پیاده‌سازی داشته باشد، ما یک الگوریتم زیربهینه را نیز ارائه خواهیم کرد که پیچیدگی محاسباتی به مراتب کمتری نسبت به حل بهینه دارد اما عملکردی مناسب از خود نشان دهد. در حالت OFDMA، مساله‌ی درنظر گرفته شده مساله‌ای غیرمحدب و غیرخطی است که شامل هر دو دسته متغیرهای صحیح و گسسته است. با فرمول‌بندی دوباره‌ی مساله‌ی بهینه‌سازی و افزودن یک عبارت جریمه به تابع هدف، می‌توانیم مساله را به صورت تفاضل دو تابع مقعر درآوریم و آن را با استفاده از روش successive convex approximation (SCA) حل کنیم. با استفاده از شبیه‌سازی‌های عددی نشان می‌دهیم که الگوریتم پیشنهادی به مقادیر نرخ داده‌ی بیشتری نسبت به روش‌های موجود دست می‌یابد. واژه‌های کلیدی: شبکه های ناهمگون، فمتوسل، تخصیص منابع، بهینه‌سازی محدب، نسل چهارم شبکه‌های مخابرات سلولی، SC-FDMA، OFDMA.
    Abstract
    The tremendous growth of the number of users in wireless cellular networks along with their need for higher data rates necessitates developing new approaches to cope with these issues. One of the emerging technologies which improves the network coverage and data rate is utilizing Femtocells. In this thesis, we consider a two-tier macrocell-femtocell (MC-FC) network for which we develop joint sub-carrier and power allocation. To have a thorough investigation on the resource allocation of this type of systems, we consider both single carrier-frequency domain multiple access (SC-FDMA) and orthogonal frequency division multiple access (OFDMA). The former is the air interface of the uplink and the latter is that of the downlink in fourth generation (4G) cellular networks. For the SC-FDMA, in addition to the resource allocation fairness, we consider the adjacency of the sub-carriers assigned to each user which is one of the requirements of the 4G uplink network. Since the cross-tier interference can deteriorate the macrocell data rate, we impose a temperature limit on the interference arising from femto users to the macro base station. This constraint protects the data rate of the macro users. Moreover, we consider the quality of service requirement constraint for the high data rate (HDR) femto users. We obtain the optimal resource allocation in both distributed and semi-distributed scenarios for both zero forcing (ZF) and minimum mean square error (MMSE) frequency domain equalizers. Moreover, to reduce the complexity of the optimal solution and make it practical, we propose a sub-optimal algorithm for the sub-carrier assignment which is significantly simpler than the optimal approach while it achieves an appropriate performance. For the OFDMA case, the optimization problem is a highly nonconvex mixed integer non-linear problem. By reformulating the problem and relaxing the integer variables by adding a penalty term to the objective function, we can rewrite the objective function as the difference of two concave functions. We solve this problem using the successive convex approximation method. Through comparative simulations, we show that our method outperforms the state-of-art schemes. Keywords: Heterogeneous networks, femtocell, resource allocation, convex optimization, 4-th generation of the cellular communications networks, SC-FDMA, OFDMA.