بررسی مقایسه ای روش کدبرداری و ارسال مدیریت شده و روش کدبرداری و ارسال معمول در سیستمهای مخابرات مشارکتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد

2 دانشگاه یزد

3 دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

در این مقاله نرخ خطای سمبل مدولاسیون M-PSK برای مخابرات مشارکتی با به کارگیری یک رله به صورت مدیریت شده استخراج می‌شود. در روش معمول، رله همواره سیگنال دریافت شده در مرحله اول را کدبرداری کرده و ارسال می‌کند و مقصد به منظور افزایش سیگنال به نویز در گیرنده سیگنال هر دو مرحله را به صورت MRC ترکیب می کند. در روش دیگر رله به صورت مدیریت شده در ارسال سیگنال مشارکت می کند. در این روش اگر مقصد در مرحله اول نتواند از سیگنال منبع کدبرداری کند از رله درخواست ارسال سیگنال کدبرداری شده را خواهد کرد. بنابراین با مدیریت رله علاوه بر کاهش نرخ خطای سمبل می توان متوسط توان مصرفی سیستم را نیز کاهش داد. در این مقاله، ابتدا نرخ خطای سمبل مخابرات مشارکتی با مدولاسیونM-PSK در راهبرد کدبرداری وگسیل در کانال های رایلی به صورت دقیق به دست آمده است. سپس با تقریب نرخ خطای سمبل در سیگنال به نویز های متوسط و بالا ضریب تخصیص توان بهینه به دست آورده شده است. با تخصیص توان به صورت بهینه نرخ خطای سمبل را به حداقل رسانده ایم. در تحلیل ها حداقل نرخ خطای سمبل دو روش مشارکت رله با یکدیگر مقایسه شده اند. به ازاء توان متوسط مصرفی برابر، نرخ خطای سمبل با مدیریت رله کمتر از روش دیگر است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparison of managed decode-and-forward scheme and common decode-and-forward scheme in cooperative communication systems

نویسندگان [English]

  • Rooholah Aghajani 1
  • Reza Saadat 2
  • Mohammad Reza Aref 3
1 Islamic Azad University, Najafabad Branch
2 Yazd University
3 Sharif University
چکیده [English]

In this paper, the symbol error rate of M-PSK modulation in managed relay scheme is computed. In the conventional technique, the relay always decodes the received signal and re-sends it to the destination. In the destination, the two copies of the signal will be combining in MRC manner. In another method, the relay will partially participate in the signal transmission. In this way, If the destination is not able to decode the source signal properly then requests the relay to re-send signal. Therefore, the average power consumption of the system can be reduced. In this paper, the M-PSK modulation error rate in Rayleigh channels is accurately obtained. Then, an approximation of the symbol error rate in the medium and high signal to noise ratio is achieved. Based on this approximation the power allocation coefficient is derived. The symbol error rates of two schemes are compared. Finally, it is showed that in the equal average power consumption, the symbol error rate of the managed scheme is lower than other scheme.

[1] D. Tse, P. Viswanath, Fundamentals of wireless communication. Cambridge, U.K: Cambridge Univ Press, 2005.

[2] S. Alamouti, "A simple transmit diversity technique for wireless communications", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol.16, No.8, pp.1451-1458, Oct 1998

[3] J.N. Laneman, D.N.C. Tse, W.W. Gregory W., "Cooperative diversity in wireless networks: Efficient protocols and outage behavior", IEEE Trans. on Information Theory, Vol. 50, No. 12, pp. 3062-3080, Dec. 2004.

[4] J.N. Laneman, W. Wornell Gregory, "Distributed space-time-coded protocols for exploiting cooperative diversity in wireless networks" IEEE Trans. on Information Theory, Vol. 49, No. 10, pp. 2415-2425, Oct. 2003

[5] A.E. Gamal, "Results in Multiple User Channel Capacity,"PhD, Stanford  University, 1978.

[6] E.C. v.-d. Meulen, "Three-terminal communication channels," Adv.Appl.Prob, Vol. 3, p. 34, 1971.

[7] T. Cover, A.E. Gamal, "Capacity theorems for the relay channel", IEEE Trans. on Information Theory, Vol. 25, No. 5, pp. 572,584, Sep 1979

[8] M.R. Aref, "Information flow in relay networks," PhD, Stanford University, October 1980.

[9] A.E. Gamal, M.R.Aref, "The Capacity of the Semi-Deterministic Relay Channel", IEEE Trans. on Information Theory, Vol. 28, p. 526, May 1982.

[10] J.N. Laneman, W. Wornell Gregory, D.N.C. Tse,, "An efficient protocol for realizing cooperative diversity in wireless networks," Proceeding of the IEEE/ISIT, Washington, DC, June 2001.

[11] A. Sendonaris, E. Erkip, B. Aazhang, "User cooperation diversity. Part II. Implementation aspects and performance analysis", IEEE Trans on Communications, Vol. 51, No. 11, pp. 1939-1948, Nov. 2003.

[12] A. Sendonaris, E. Erkip, B. Aazhang, "User cooperation diversity. Part I. System description", IEEE Trans on Communications, Vol. 51, No. 11, pp. 1927-1938, Nov. 2003

[13] GAO, Zhenguo, et al., “Outage performance of cognitive DF relay networks with nonidentical Rayleigh fading channels and maximal ratio combining”, AEU-International Journal of Electronics and Communications, Vol. 69, No. 1, pp. 141-150., 2015.

[14] H.A. Suraweera, P.J. Smith, N.A. Surobhi, "Exact outage probability of cooperative diversity with opportunistic spectrum access", Proceeding of the IEEE/ICC, pp.79,84, May 2008.

[15] J. Zhang, T.Y. Zhang, J.X. Huang, R.P. Yuan, "Selective decode-and-forward cooperation over Nakagami-m fading channels", Electronics Letters, Vol. 45, No. 15, pp. 786-788, July 2009.

[16] W. Zheng, R. Zhao, X. Wen, D. Su, "Symbol error rate of multi-relay decode-and-forward cooperative communication systems under Nakagami-m fading", Future Networks, Proceeding of the IEEE/ICFN, Vol. 1, No. 1, pp. 58-62, Jan. 2010.

[17] M. Tsai, Y. Lee, "SER and optimal power allocation for DF cooperative communications over Nakagami-m fading channels", Proceeding of the IEEE/VTC, Vol. 1, No. 1, pp. 1251-1255, 11-14 May 2008.

[18] R. Aghajani, R. Saadat, M.R. Aref, "Power allocation and performance analysis for incremental-selective decode-and-forward cooperative communications over nakagami-m fading channels”, IEICE Trans. Commun., Vol. E96-B, No. 6, pp. 1531-1539, July 2013.

[19] R.A. Renani, R. Saadat, M.R. Aref, G. Mirjalily, "SER of M-PSK modulation in incremental-selective decode-and-forward cooperative communications over Rayleigh fading channels", Proceeding of the IEEE/ICACT, pp. 432-437, 2011.

[20] W. Su, et al., "Cooperative communication protocols in wireless networks: Performance analysis and optimum power allocation", Wireless Personal Communications, Vol. 44, pp. 181-217, 2008.

[21] A. Goldsmit, Wireless Communications, 1 ed.: Cambridge University Press., 2005.