Você está aqui: Página Inicial curitiba Estrutura do Câmpus Diretorias Diretoria de Pesquisa e Pós-Graduação Mestrado e Doutorado CPGEI Edital de Defesas 2015 CPGEI (Doutorado): Samuel Baraldi Mafra-12/08/15

CPGEI (Doutorado): Samuel Baraldi Mafra-12/08/15

Defesa Pública de Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 12/08/2015
das 13h30 até 17h30
Onde Sede Central: Sala C-301
Nome do Contato Prof. Richard Demo Souza
Participantes Prof. Richard Demo Souza, Dr. Orientador UTFPR
Prof. João Luiz Rebelatto, Dr. Co-orientador UTFPR
Banca examinadora:
Prof. Richard Demo Souza, Dr. Presidente UTFPR
Prof. Marcelo Eduardo Pellenz, Dr. PUCPR
Prof. Luis Henrique Assumpção Lolis, Dr UFPR
Prof. Glauber Gomes de Oliveira Brante, Dr. UTFPR
Prof. Bruno Sens Chang, Dr. UTFPR
Examinador Suplente: Prof. Guilherme Luiz Moritz, Dr. UTFPR
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Análise do uso de técnicas de codificação de rede e comunicação full-duplex em rádio cognitivo underlay

Resumo: Nesta tese são apresentados dois esquemas de comunicação cooperativa para redes cognitivas limitadas pelo máximo nível de interferência aceito na rede licenciada. Os esquemas são avaliados em função da probabilidade de outage, que representa a probabilidade de falha na comunicação. No primeiro esquema, a rede não licenciada é composta por uma fonte, um relay full-duplex dedicado e um destino. Contrastando com trabalhos anteriores, o modelo do sistema considera o enlace direto entre o transmissor e o destino não licenciados como informação útil. A análise apresentada inclui o efeito da interferência da rede licenciada, assim como, a auto-interferência no relay. Um esquema de alocação ótima de potência (OPA) é proposto. A estratégia OPA pode escolher entre dois modos de operação, a cooperação entre a fonte e relay ou transmissão direta da fonte. O esquema OPA proposto possui o melhor desempenho em termos de probabilidade de outage quando comparado com métodos concorrentes. No segundo esquema, o uso de codificação de rede é aplicado em um cenário cognitivo onde múltiplos usuários não licenciados cooperam entre si para enviar mensagens independentes ao destino não licenciado, ou seja, neste cenário não existem nós dedicados à transmissão da informação de um parceiro como no primeiro esquema. Os esquemas codificação de rede dinâmica (DNC) e codificação de rede dinâmica generalizada (GDNC) são avaliados em um cenário cognitivo, considerando um limite máximo de interferência na rede licenciada e uma potência máxima de transmissão para os nós não licenciados. A cooperação com codificação de rede é capaz de aumentar consideravelmente o desempenho da rede não licenciada quando comparado ao esquema decodifica-e-encaminha seletivo (SDF) e à transmissão direta sem cooperação. Adicionalmente, uma expressão analítica é derivada para a capacidade de \epsilon -outage, sendo esta a máxima taxa de informação obtida pelos usuários não licenciados dada uma probabilidade de outage alvo. No intuito de maximizar a capacidade de \epsilon-outage do esquema cognitivo GDNC, o número ótimo de pacotes de paridade é encontrado através do algoritmo de Dinkelbach. Uma comparação entre os dois esquemas propostos nesta tese, avaliando o uso de comunicação full-duplex no esquema com codificação de rede, é proposta como um direcionamento para trabalhos futuros.
Palavras-chave: Comunicação cooperativa. Rádio cognitivo. Codificação de rede.

Analysis of the use of network coding techniques and full-duplex communication in underlay cognitive radio

Abstract: In this work are presented two schemes of cooperative communication for cognitive radio networks limited by the maximum interference level acceptable at the licensed network. The schemes are evaluated in function of the outage probability, that is the probability of failure in the communication. In the first scheme, the unlicensed network is composed by a source, a dedicated full-duplex relay and a destination. Differently of previous works, the system model considers the direct link between the unlicensed transmitter and destination as useful information. The presented analysis includes the effect of the licensed interference, as well as, the self interference at the relay. Moreover, an optimal power allocation (OPA) scheme is proposed. The OPA strategy can choose between two modes of operation, cooperation between source and relay or source transmission only. The proposed OPA scheme has the best performance, when this is compared with concurrent schemes. In the second scheme, the use of network coding is applied in a cognitive scenario where multiple unlicensed users cooperate to send independent messages to the unlicensed destination, thus, in this scenario there are not dedicated nodes to transmission of partner information as in the first scheme. The dynamic network coding (DNC) and generalized dynamic network coding (GDNC) schemes are evaluated in a cognitive scenario, under a given maximum interference constraint set by the licensed network, as well as, the maximum transmit power limit of the unlicensed sources. The cooperation with network coding can provide significant gains in terms of performance, when compared to non cooperative or selective decode-and-forward (SDF) cooperative techniques. Also, a closed-form equation is obtained for the \epsilon-outage capacity, which is the maximum information rate achieved by the secondary sources given a target outage probability. In order to maximize the \epsilon-outage capacity of the cognitive GDNC, the optimum number of parity packets is found through Dinkelbach algorithm. A comparison between the two proposed schemes in this thesis, by analysing the use of full-duplex communication in the scheme with network coding, is proposed as a direction for future works.
Keywords: Cooperative communication. Cognitive radio. Network coding.

Lista de publicações:

MAFRA, S. B.; ALVES, H.; COSTA, D.B.; SOUZA, R. D.; FERNÁNDEZ, E. M. G.; LATVA-AHO, M.. “On the Performance of Cognitive Full-Duplex Relaying Systems under Spectrum Sharing Constraints”, In: Simpósio Brasileiro de Telecomunicações – (SBrT´13), Fortaleza, Brazil, September 2013.

MAFRA, S. B.; RAYEL, O. K.; REBELATTO, J. L.; SOUZA, R. D.. “Cognitive radio system with a two-user non-binary network-coded cooperative secondary network”. In: 22nd European Signal Processing Conference (EUSIPCO), Lisboa, Portugal, 2014.

MAFRA, S. B.; ALVES, H.; COSTA, D.B; SOUZA, R. D.; FERNÁNDEZ, E. M. G.; LATVA-AHO, M.. “On the performance of cognitive full-duplex relaying under spectrum sharing constraints”. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, v. 2015, 2015.

MAFRA, S. B.; SOUZA, R. D.; REBELATTO, J.L.; BRANTE, G.; RAYEL, O. K..”Outage performance of a network coding aided multi-user cooperative secondary network”. Transactions on Emerging Telecommunications Technologies, 2015.

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