تحليل عملكرد شبكه‌ هاي راديو شناختمند مشاركتي با قابليت برداشت انرژي

Performance Analysis of Cooperative Cognitive Radio Networks with Energy Harvesting Capability

شبكه‌ هاي بي‌ سيم در مقايسه با شبكه‌ هاي سيمي ويژگي ‌هاي كاربردي‌ تري دارند. يكي از مهم‌ترين مشكلات كانال‌ هاي بي‌ سيم مشكل محو شدگي است كه به معناي تصادفي بودن تغييرات كانال است و منجر به افت عملكرد در سيستم بي ‌سيم مي ‌شود. يكي از راه‌ هاي مقابله با اين اثر استفاده از مخابرات مشاركتي است. استفاده از رله منجر به پوشش بيشتر شبكه، افزايش ظرفيت شبكه و مصرف توان كمتر مي ‌شود. از طرفي استفاده بهتر از طيف ‌هاي مخابراتي مبحثي به نام مخابرات راديو شناختمند را مطرح كرده است، كه در آن از طيف ‌هاي موجود به شكل بهينه بهره گرفته مي ‌شود. شبكه‌ هاي راديو شناختمند مشاركتي خواص شبكه ‌هاي راديو شناختمند و مشاركتي را دارا هستند. مشاركت در شبكه‌ هاي راديو شناختمند در دو حوزه سنجش طيف و كمك به ارسال داده كاربر اوليه تعريف مي‌ شود و باعث بهبود عملكرد اين شبكه ‌ها مي ‌شود. همچنين نسل جديد سيستم‌هاي مخابراتي و موبايل به دليل حجم بالاي ترافيك اطلاعات به ظرفيت و انرژي زيادي نياز دارند. بنابراين، يكي از مسائل مورد بحث در اين زمينه نحوه تامين انرژي سيستم‌ ها است. از طرفي تامين انرژي مصرفي با شارژ يا جايگزين‌ كردن منبع انرژي همواره مشكل ‌ساز و پر هزينه‌ بوده است. از اين رو برداشت انرژي از محيط اطراف و به خصوص از سيگنال راديو فركانسي به رفع اين مشكل در سيستم ‌هاي مخابراتي كمك مي ‌كند. استفاده از سيستم‌ هاي راديو شناختمند مشاركتي با قابليت برداشت انرژي مي‌ تواند عملكرد سيستم را بهبود بخشد. در اين مقاله مدل سيستمي براي شبكه‌ هاي راديو شناختمند مشاركتي با قابليت برداشت انرژي پيشنهاد شده است. در مدل سيستم پيشنهادي يكي از كاربران ثانويه بصورت انتخابي بعنوان رله در ارسال كاربر اوليه مشاركت مي‌ كند و همه كاربران ثانويه از سيگنال راديويي انرژي برداشت مي ‌كنند. تحليل رياضي و شبيه‌ سازي احتمال قطع كاربران اوليه و ثانويه مورد بررسي قرار گرفته است و روي پارامترهاي موجود و تاثير آن‌ها روي مدل پيشنهادي بحث شده است. همچنين تاثير روش ‌هاي مختلف گزينش رله و سيستم‌ هاي چند كاربره راديو شناختمند روي عملكرد مدل پيشنهادي مورد بررسي قرار گرفته است.

Compared with wired networks, wireless networks have more practical features. One of the main problems in wireless channels is fading, in which the channel changes randomly that results in degrading the performance of the wireless system. One solution to deal with this effect is using cooperative communication. Using relays increases the coverage and the capacity of the network and reduces the power consumption. Moreover, the efficient use of the radio spectrum has introduced another subject called cognitive communication in which the available spectrum is used more efficiently. Cooperative cognitive radio networks have cooperative and cognitive radio networks properties. Cooperation is used in the spectrum sensing and in helping to send the primary user data in cognitive radio networks which improves the network performance. Besides, the new generation of telecommunication and mobile systems require high capacity and lots of energy due to the large amount of information traffic. Therefore, one of the issues discussed in this field is how to supply the energy of the system. Supplying the consuming energy by charging or replacing the energy source has always been problematic and costly. Thus, the harvested energy from the environment and especially the radio frequency signal can resolve this problem in communication systems. Using cooperative systems and cognitive radio networks with energy harvesting capability can improve the system performance. In this paper, a system model for cooperative cognitive radio networks with energy harvesting capability is proposed. In the proposed system model, one of the secondary users is selected as a relay to send the primary user information and all the secondary users harvest energy from the radio frequency signal. Mathematical analysis and simulation of the outage probability of the primary and secondary users are investigated. Moreover, the available parameters and their impact on the proposed model are discussed. Impact of relay selection methods, cognitive radio multi-user systems on the proposed model have been investigated.