Optimal Power Allocation for OFDMA Systems under I/Q Imbalance

Boulogeorgos, Alexandros–Apostolos A.; Diamantoulakis, Panagiotis D.; Karagiannidis, George K.

doi:10.1109/lsp.2016.2614693

Cited by 5 publications

(3 citation statements)

References 25 publications

(22 reference statements)

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…Rather than this, the investigation of the proposed in methods under the assumption of OFDM and/or carrier aggregations is also challenging [187,188]. Furthermore, since the hardware of the low-cost relay nodes is most likely to be of poor quality, relays are more prone to hardware imperfections [189][190][191][192][193]. Also, when SWIPT is applied, energy harvesting is performed at a cost on the signal quality used for detection.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Resource Allocation in Wireless Networks with Energy Constraints

Diamantoulakis

2018

Preprint

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

The opportunities arising from the recent advances in multimedia, along with the emerging future internet-of-things (IoT) applications, such as smart cities, health monitoring devices, and driverless cars, are limited by the operational expenses (OPEX) of the base stations (BSs), as well as the finite battery capacity of the involved wireless communication devices. This calls for conscious utilization of energy and other resources, especially taking into account the trade-off among the utilized energy, bandwidth, and time. An alternative/complementary approach to reduce the OPEX and increase the networks lifetime is energy harvesting (EH), which refers to harnessing energy from the environment. Interestingly, except for harvesting energy from ambient light sources, which are uncontrollable, wireless power transfer can also be used, in order to remotely charge wireless devices with low energy requirements in a wide area. However, EH creates several new challenges, with the main focus of this dissertation being on the development of novel scheduling and resource allocation schemes, that take into account and regulate the energy constraints imposed by the levels of harvested energy.To this direction, the first chapter of this thesis investigates the optimal energy, time, and bandwidth allocation problem for the downlink of energy harvesting base stations (EHBSs), with the main focus being on autonomous EHBS. The presented analysis takes into account the impact of the energy constraint on users preferences and the BS's revenue. In order to model the competitive nature of the problem, game theory is used, and more specifically the framework of a generalized Stackelberg game. Also, an efficient iterative method is proposed to facilitate all the players to reach the variational equilibrium, i.e., the optimal solution of the game.The next two chapters focus on wireless powered networks (WPNs) and simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) using radio frequency (RF) technology, with emphasis being given on the created trade-offs. One of the main contributions of these chapters is the introduction of both uplink and downlink non-orthogonal multiple access (NOMA) for WPNs. Moreover, the individual data rates and fairness are improved, while the formulated problems are optimally and efficiently solved. It is shown that, compared to orthogonal multiple access, NOMA offers a considerable improvement in throughput, fairness, and energy efficiency. Rather than this, proportional fairness is maximized and uplink/downlink of WPNs are jointly optimized, in which cases, except for NOMA, time divison multiple access is also investigated. Also, the role of interference is considered, which has been recognized as one of the main reasons of the asymmetric overall degradation of the users' performance, due to different path-loss values, called from now on as cascaded near-far problem. Moreover, SWIPT is investigated and efficiently optimized in the context of multicarrier cooperative communication networks.Finally, simu...

show abstract

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Resource Allocation in Wireless Networks with Energy Constraints

Diamantoulakis

2018

Preprint

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Rather than this, the investigation of the proposed in methods under the assumption of OFDM and/or carrier aggregations is also challenging [182,183]. Furthermore, since the hardware of the low-cost relay nodes is most likely to be of poor quality, relays are more prone to hardware imperfections [184]. Also, when SWIPT is applied, energy harvesting is performed at a cost on the signal quality used for detection.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Resource allocation in wireless networks with energy constraints

Diamantoulakis¹,

Διαμαντουλάκης²

View full text Add to dashboard Cite

Η διατριβή έχει ως αντικείμενο τη βέλτιστη χρήση των διαθέσιμων πόρων κατά την εκπομπή και λήψη σε ασύρματα τηλεπικοινωνιακά συστήματα, των οποίων η επίδοση περιορίζεται τόσο από τη διαθέσιμη ενέργεια, όσο και από τις δυνατότητες συγκομιδής ενέργειας από το περιβάλλον. Προς αυτή την κατεύθυνση, αρχικά μελετάται η βέλτιστη κατανομή ενέργειας, χρόνου και φάσματος για την κάτω ζεύξη ενός σταθμού βάσης (ΣΒ) με συγκομιδή ενέργειας, δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση σε σταθμούς βάσης με αυτόνομη λειτουργία. Συγκεκριμένα, η ανάλυση επικεντρώνεται στην από κοινού μεγιστοποίηση των συναρτήσεων ωφέλειας των χρηστών και του κέρδους που αποφέρει η λειτουργία του ΣΒ στον πάροχο του δικτύου. Το αντίστοιχο μαθηματικό πρόβλημα ιεραρχικών αποφάσεων που δημιουργείται, μοντελοποιείται και λύνεται βέλτιστα χρησιμοποιώντας θεωρία παιγνίων. Επίσης, προτείνεται μια αποτελεσματική επαναληπτική τεχνική με τη βοήθεια της οποίας όλοι οι «παίχτες» μπορούν να φθάσουν στο σημείο ισορροπίας. Η αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθόδου επιβεβαιώνεται με χρήση προσομοίωσης. Τα επόμενα δύο κεφάλαια επικεντρώνονται στα δίκτυα επικοινωνιών με μεταφορά ισχύος και την ταυτόχρονη ασύρματη μεταφορά ισχύος και πληροφορίας χρησιμοποιώντας τεχνολογία ραδιοσυχνοτήτων. Η συνεισφορά αυτών των κεφαλαίων περιλαμβάνει την εισαγωγή της μη ορθογώνιας πολλαπλής πρόσβασης (non-orthogonal multiple access - NOMA) τόσο για την άνω όσο και για την κάτω ζεύξη αυτών των δικτύων επικοινωνιών. Παράλληλα, διατυπώνονται και επιλύονται βέλτιστα τα προβλήματα που αφορούν είτε τη μεγιστοποίηση του ρυθμού μετάδοσης ή τη δικαιοσύνη μεταξύ των χρηστών. Έπειτα, ακολουθεί σύγκριση της προτεινόμενης τεχνικής με την ορθογώνια πολλαπλή πρόσβαση, από την οποία προκύπτει σημαντική βελτίωση της επίδοσης. Επιπρόσθετα, επιτυγχάνεται μια «χρυσή τομή» μεταξύ της μεγιστοποίησης του αθροιστικού και του ελάχιστου ρυθμού μετάδοσης μεταξύ των χρηστών, λαμβάνοντας υπόψη τόσο την τεχνική NOMA όσο και την πολλαπλή πρόσβαση με διαίρεση χρόνου (time-division multiple access - TDMA). Για αυτό το λόγο, μεγιστοποιείται το άθροισμα των λογαρίθμων των ρυθμών μετάδοσης μεταξύ των χρηστών, μετρική που είναι γνωστή στη διεθνή βιβλιογραφία ως proportional fairness. Επιπλέον, μελετάται η επίδραση των ομοκαναλικών παρεμβολών σε ασύρματα δίκτυα με ταυτόχρονη μεταφορά ισχύος και πληροφορίας, που αποτελεί βασικό παράγοντα των ανισοτήτων που προκαλούνται στην επίδοση των χρηστών, λόγω διαφορετικών αποστάσεων από το ΣΒ. Το ζήτημα αυτό εισάγεται στη διεθνή βιβλιογραφία με τον όρο cascaded near-far problem. Στη συνέχεια, η διατριβή μελετά τη βελτιστοποίηση της ταυτόχρονης ασύρματης μεταφοράς ισχύος και πληροφορίας σε δίκτυα αναμεταδοτών με πολλαπλά φέροντα. Τέλος, παρουσιάζεται η έννοια της ταυτόχρονης μεταφοράς πληροφορίας και ισχύος με οπτικά κύματα (simultaneous lightwave information and power transfer - SLIPT) και προτείνονται καινοτόμες και θεμελιώδεις τεχνικές. Επίσης, μελετάται ο συμβιβασμός μεταξύ της ενέργειας που συγκεντρώνεται και της ποιότητας επικοινωνίας. Για αυτό το λόγο, διατυπώνονται και λύνονται βέλτιστα δύο προβλήματα βελτιστοποίησης. Η αποτελεσματικότητα των προτεινόμενων τεχνικών επιβεβαιώνεται μέσω υπολογιστικών προσομοιώσεων.

show abstract

“…It is recalled here that for practical analog RF front-end electronics, the values of IRR t is typically in the range of 20 dB − 40 dB [256,257,292,299,333,345,[352][353][354][355][356][357][359][360][361][362]. From (4.5), it is observed that the base band equivalent transmitted signal in the presence of IQI can be obtained as…”

Section: Up-conversion In the Presence Of Iqimentioning

confidence: 99%

Interference mitigation techniques in modern wireless communication systems

Boulogeorgos¹,

Μπουλογεώργος²

View full text Add to dashboard Cite

Η μελέτη και σχεδίαση των σύγχρονων δικτύων ασύρματων επικοινωνιών επιβάλλει την υιοθέτηση αποτελεσματικών τεχνικών για την καταπολέμηση των παρεμβολών προκειμένου να εξασφαλίζεται η ταυτόχρονη πρόσβαση των χρηστών σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλό ρυθμό μετάδοσης δεδομένων και μεγάλη αξιοπιστία σε πραγματικό χρόνο. Η παραπάνω ανάγκη γίνεται συνεχώς και πιο επιτακτική εξαιτίας της ολοένα αυξανόμενης πυκνότητας των χρηστών, αλλά και των περιορισμένων διαθέσιμων πόρων σε φάσμα που έχει οδηγήσει σταδιακά στη χρήση τεχνικών πολλαπλών φερόντων για επικοινωνία άνω και κάτω ζεύξης τόσο σ τα επίγεια όσο και σ τα δορυφορικά συσ τήματα νέας γενιάς. Η διδακτορική διατριβή οργανώνεται σε δύο μέρη. Το πρώτο μέρος είναι αφιερωμένο στα διαφορετικά είδη των παρεμβολών, τις επιπτώσεις τους και τους τρόπους αντιμετώπισης τους σε σύγχρονα και μελλοντικά συστήματα ασυρμάτων επικοινωνιών. Επιπλέον, εξετάζεται η επίδραση των ομοκαναλικών παρεμβολών σε ευφυή συστήματα ασύρματων επικοινωνιών, κατά την ανιχνευση φασματικών κενών, και παρουσιάζονται κατάλληλες εκφράσεις για την αξιολόγηση των επιδόσεων του ενεργειακού ανιχνευτή και τον ορισμό των παραμέτρων ανίχνευσης, οι οποίες λαμβάνουν υπόψιν τους τα επιπέδου των παρεμβολών. Το δεύτερο μέρος είναι αφιερωμένο στις επιπτώσεις των ατελειών του υλικού του αναλογικού τμήματος των πομποδεκτών σε σύγχρονα συστήματα ασυρμάτων επικοινωνιών. Πιο συγκεκριμένα, αφού παρουσιάστούν τα σημαντικότερα φαινόμενα που προκαλούνται εξαιτίας των ατελειών των πομποδεκτών, ήτοι ασυμφωνία συμφασικής και ορθογωνικής συνιστώσας, φασικός θόρυβος, και μη-γραμμικότητες ενισχυτών, γίνεται ανασκόπηση των επιδράσεων τους σε συστήματα ενός και πολλαπλών φερόντων. Παρατηρούμε ότι σε συστήματα ενός φέροντος προκαλούν παραμορφώσεις του σήματος, ενώ σε συστήματα πολλαπλών φερόντων προκαλούν επιπρόσθετα παρεμβολές από κατοπτρικά ή γειτονικά φέροντα (κανάλια). Στη συνέχεια, η διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στην ποσοτικοποίηση των επιδράσεων του φαινομένου της ασυμφωνίας συμφασικής και ορθογωνικής συνιστώσας σε ασύρματα συστήματα παρουσία κασκοδικών διαλειπτικών καναλιών. Ακολουθεί διερεύνηση των επιπτώσεων της ασυμφωνία συμφασικής και ορθογωνικής συνιστώσας, καθώς επίσης και του μερικού περιορισμού των εσω-παρεμβολών, στην ανίχνευση του φάσματος σε αμφίδρομα ευφυή συστήματα επικοινωνίας. Επίσης, μελετάται η επίδρασης των διαλείψεων και του συνδυασμού των ατελειών του υλικού στην ανίχνευση του φάσματος. Το επόμενο πρόβλημα που εξετάζεται αφορά την κατανομή ενέργειας από το σταθμό βάσης σε πολλούς χρήστες σε συστήματα ορθογωνικής πολλαπλής εισόδου στο πεδίο της συχνότητας, στα οποία ο κάθε εξοπλισμός χρήστη έχει διαφορετικά επίπεδα των ασυμφωνία συμφασικής και ορθογωνικής συνιστώσας. Στα πλαίσια του προβλήματος αυτού, παρουσιάζεται μία καινοτόμα χαμηλής-πολυπλοκότητας μέθοδος για την κατανομή της ενέργειας στους χρήστες, η οποία λαμβάνει υπόψιν τα επίπεδα της ασυμφωνία συμφασικής και ορθογωνικής συνιστώσας των προς εξυπηρέτηση χρηστών, και εγγυάται δικαιοσύνη από την άποψη του εφικτού ρυθμού δεδομένων των χρηστών. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο εφικτός ρυθμός δεδομένων των χρηστών μπορεί να αυξηθεί δραστικά, με τη χρήση της προτεινόμενής τεχνικής κατανομής ενέργειας. Τέλος, δίνεται ένα καινοτόμο σχήμα, χαμηλής πολυπλοκότητας, το οποίο στοχεύει στην βελτίωση των επιδόσεων τηλεπικοινωνιακών συστημάτων πολλαπλών φερόντων, όπου οι εμπλεκόμενες συσκευές διαθέτουν μία κεραία και ο δέκτης παρουσιάζει ασυμφωνία συμφασικής και ορθογωνικής συνιστώσας. Το προτεινόμενο σχήμα όχι μόνο καταπολεμά τις καταστροφικές επιπτώσεις της ασυμφωνίας συμφασικής και ορθογωνικής συνιστώσας, αλλά, μέσου κατάλληλης επεξεργασίας σήματος, επιτρέπει επίσης εκμετάλλευση των παρεμβολών, που δημιουργούνται εξαιτίας της ασυμφωνίας συμφασικής και ορθογωνικής συνιστώσας, ώστε να πετύχει διαφορισμό δεύτερης τάξης.

show abstract

Optimal Power Allocation for OFDMA Systems under I/Q Imbalance

Cited by 5 publications

References 25 publications

Resource Allocation in Wireless Networks with Energy Constraints

Resource Allocation in Wireless Networks with Energy Constraints

Resource allocation in wireless networks with energy constraints

Interference mitigation techniques in modern wireless communication systems

Contact Info

Product

Resources

About