Performance analysis of cooperative relaying networks under generalized fading channel

Abstract

Kablosuz haberleşme sistemlerinde, yüksek veri hızı, ileri düzeyde güvenilirlik, ve geniş kapsama alanını başarabilmek tüm ağ nesilleri için daima üzerinde çalışılan bir konu olmuştur. İşbirlikçi çeşitleme, gelecek nesil kablosuz ağlarda bu konuların çözümü için önerilen aday çözümler arasındadır. Bir işbirlikçi ağ veya çoklu çift-atlamalı ağ, istenen uçtan-uca başarımı elde edebilmek için gerekli senaryolara göre spesifik röleleme protokolü ile birlikte çeşitli işbirlikçi çeşitleme tekniklerini uygular. Bir işbirlikçi ağda hedef düğüm, gönderilen sinyalin hem kaynak düğümden hemde röle düğümlerden çoklu kopyalarını alır, ve bu sinyalleri alış çeşitlemesi için kullanır. Literatürde, işbirlikçi çeşitlemenin bir kablosuz kanaldaki sönümleme etkileri ile baş edebildiği gösterimiştir. Bir işbirlikçi ağin başarımını etkileyen farklı bozucu faktörler, bu ağın içinde bulunduğu kanal sönümleme karakteristiklerine bağlıdır. Literatürde iyi bilinen farklı sönümleme kanalları Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull, Lognormal sönümlemeleri olup herbiri spesifik özelliklere ve istatistiksel modele sahiptir. Bu tezde, farklı sönümlemeli kanal koşulları altında işbirlikçi röle ağının başarım analizi üzerinde durulmaktadır. Bu amaçla Rayleigh sönümleme ve Weibull sönümleme koşulları altında hem işbirlikçi ağ hemde çoklu çift-atlamalı ağ için alıcı düğümdeki toplam sinyal-gürültü oranına (SNR) ait moment üretme fonksiyonu (MGF) analitik olarak türetilmiştir. Ağın uçtan uca başarımını analiz etmek için Maksimal Oran Birleştiricisi (MRC), Seçici Birleştirici (SC) gibi alış çeşitleme teknikleri göz önüne alınmaktadır. Bunlara ilave olarak, analitik modelin doğruluğunu teyit etmek için max-min röle seçme tekniği ile birlikte değişen röle sayılarına göre sembol hata oranı ve boğlantı kopma olasılığına ilişkin analitik ve benzetim sonuçları verilmektedir.

In wireless communication systems, achieving a higher data rate, improved reliability, and larger coverage is always an issues to be studied for all generation of networks. A cooperative network or multi dual-hop network employ various cooperative diversity techniques according to the required scenarios with the specific relaying protocol for achieving the desired end to end performance. In a cooperative relaying network, the destination nodes receive multiple copies of the transmitted signal from different relay nodes as well as from the source node, and these signal are combined in such a manner that received diversity is obtained.In literature, cooperative communication techniques have been shown to mitigate the effects of fading in wireless networks. The different degrading factors that affect the performance of cooperative network depend on the channel fading characteristics in which the network operates. The different fading channels well known in the literature are namely Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull, and Lognormal fadings, etc., each of which has specific properties and statistical model. This thesis presents the performance analysis of the cooperative relaying network under various fading channel conditions. For this purpose, moment generating function for total signal-to-noise ratio (SNR) at the destination is analytically derived for both cooperative network and multi dual-hop network under Rayleigh fading and Weibull fading conditions. We consider different received diversity techniques, e.g., maximal ratio combining, selection combining to analyze the end to end performance of the network. Moreover, analytical and simulation results with regard to the outage probability and symbol error rate are given under varying number of relay nodes to verify the accuracy of the analytical model.