Dikgen olmayan çoklu erişim sistemlerinin bilişsel radyo ağlardaki başarım analizi

Abstract

Bu tez çalışmasında, aşağı yönlü dikgen olmayan çoklu erişim (NOMA) sistemlerinin röle yardımlı bilişsel radyo (BR) ağlardaki sistem performans analizi incelenmektedir. Bir kaynak, bir röle ve iki kullanıcılı olarak önerilen sistem modelinde, çöz-ve-aktar (DF) yöntemini kullanan bir röle ile üstel dağılımlı kanal modeli üzerinden bilgi alışverişi sağlanmaktadır. Bu sistemin, uçtan uca işaret-girişim artı gürültü oranı (SINR) hem alıcı hem de verici düğümler için hesaplanmıştır. Önerilen sistem modelindeki matematiksel çıkarımlar, üstel dağılımlı kanala ait olasılık yoğunluk fonksiyonu (OYF) ve birikimli dağılım fonksiyonu (BDF) kullanılarak yakın ve uzak kullanıcılar için kesinti olasılığı ve tam ve yaklaşık ergodik kapasite analizinin kapalı form denklemlerinin türetilmesiyle elde edilmektedir. Rölede ve yakın kullanıcıda ardışık girişim iptali (SIC) uygulandığı varsayılarak, rölenin ve ikincil kullanıcıların (İK) kesinti olasılığı başarımları, düğümler arası mesafe, güç paylaşım katsayısı, girişim gücü ve üstel dağılım parametreleri dikkate alınarak, toplam ergodik kapasite performansı ise, düğümler arası mesafe, güç paylaşım katsayısı, iletim gücü ve yol kaybı katsayısı parametreleri dikkate alınarak, 〖10〗^6 tekrarlı Monte Carlo benzetimleriyle analiz edilmektedir. Sistemin kesinti olasılığı performansı, yakın ve uzak kullanıcılar için işaret-gürültü oranı (SNR) ile değişimi gözlemlenmiştir. Girişim gücünün artmasıyla kesinti olasılığının da arttığı, başka bir deyişle sistem performansının kötüleştiği tespit edilmiştir. Röle ile uzak kullanıcı (UK) arasındaki mesafe değişiminin sistem performansına etkisi incelenmiştir. UK'nın röleden uzaklaştıkça kesinti olasılığının arttığı gözlemlenmiştir. Güç paylaşım katsayısının sistem performansına bakıldığında ise, yakın kullanıcıya (YK) atanan gücün azalması halinde sistem performansının YK ve UK için kötüleştiği tespit edilmiştir. Son olarak, düğümler arası kanallardaki üstel dağılım parametresinin sistem kesinti olasılığı performansı incelendiğinde, üstel dağılım parametresinin artmasıyla YK ve UK için kesinti olasılığının azaldığı gözlemlenmiştir. Ergodik toplam kapasite analizinde, YK ve UK için sistem analizinin SNR ile değişimi incelenmiştir. Güç paylaşım katsayısındaki ve düğümler arasındaki mesafelerin değişimi ile sistem başarımı analiz edilmiş, SNR arttığında ergodik kapasitenin de arttığı dolayısıyla sistem performansının iyileştiği gözlemlenmiştir. YK için ergodik toplam kapasitenin güç paylaşım katsayısı ile değişimleri ile incelenmiştir. YK'ya atanan güç tahsisinin artmasıyla, sistem performansının da arttığı tespit edilmiştir. Son olarak, birincil ağ (BA) vericisinin röleye olan uzaklığı ile röle-kaynak arasındaki mesafe değişiminin YK için ergodik toplam kapasite üzerindeki performansı incelenmiştir. BA vericisinin röleden uzaklaşmasının ergodik toplam kapasiteyi arttırdığı tespit edilmiştir. İkincil ağdaki (İA) rölenin BA vericisine göre kaynaktan uzaklaşması durumunda sistem performansının kötüleştiği, öte yandan yakın kullanıcıya atanan güç tahsisindeki artışın ise ergodik toplam kapasiteyi olumlu yönde etkilediği gözlemlenmiştir. Önerilen sistem modeli üzerinde, yapılan analizler ve elde edilen tüm sonuçlar istenilen performansı sunduğu, düğümler arası mesafe, güç paylaşım katsayısı, iletim gücü, yol kaybı katsayısı, girişim gücü ve üstel dağılım parametrelerinin seçimi konusunda araştırmacılara rehberlik sağlayacağı öngörülmektedir.

In this thesis, system performance analysis of downlink non-orthogonal multiple access (NOMA) systems in relay-assisted cognitive radio networks is investigated. In the proposed system model with one source, one relay, and two users, information is exchanged with a relay with the exponential distribution channel model by using the decode-and-forward method (DF). The end-to-end signal-to-noise plus noise ratio (SINR) of this system is calculated for both the transmitter and receiver nodes. The mathematical inferences in the proposed system model are obtained by deriving the closed-form equations of the outage probability and exact and approximate ergodic capacity analysis for the near and far users, using the probability density function (PDF) and the cumulative distribution function (CDF) of the exponential distribution channel. In the relay and near user (NU) it is assumed that successive interference cancellation (SIC) is applied, the outage probability performances of the relay and secondary users, the distance between nodes, the power-allocation coefficient, the interference power, and the exponential distribution parameters are taken into account, and the total ergodic capacity performance is determined by the distance between nodes, power-allocation coefficient, transmission power, and path loss coefficient. The parameters are analyzed with Monte Carlo simulations with 10^6 repetition. The outage probability performance of the system for near and far users is observed with the signal-to-noise ratio (SNR). It is determined that the outage probability increases with the increase of the interference power, that is, the system performance worsens. The effect of the distance variation between the relay and the far user (FU) on the system performance is investigated. It is observed that the outage probability increases as the FU moves away from the relay. When the system performance of the power allocation coefficient is examined, it is determined that the system performance for NU and FU deteriorates when the power assigned to the NU decreases. Finally, when the system outage probability performance of the exponential distribution parameter in inter-node channels is examined, it is seen that as the exponential distribution parameter increases, the outage probability for NU and FU decreases. In the ergodic total capacity analysis, the variation of system analysis with SNR for NU and FU is examined. The performance of the system is analyzed with the change in the power allocation coefficient and the distance between nodes, and it is observed that as the SNR increases, the ergodic capacity increases, thus the system performance increases. The ergodic total capacity for the NU is investigated by the variation of the power allocation coefficient. It has been determined that the system performance increases with the increase of the power allocation coefficient assigned to the NU. Finally, the performance of the difference between the distance of the primary network (PN) transmitter to the relay and the distance between the relay and the source on the ergodic total capacity for the NU is investigated. It is found that removing the PN transmitter from the relay increases the ergodic total capacity. It is observed that the system performance deteriorates when the relay in the secondary network (SN) moves away from the source compared to the PN transmitter, and the increase in the power allocation coefficient assigned to the NU positively affects the ergodic total capacity. It is predicted that the analyzes made on the proposed system model and the results obtained will provide the desired performance and will guide the researchers in the selection of the distance between nodes, the power allocation coefficient, the transmission power, the path loss coefficient, the interference power, and the exponential distribution parameters.