Publication: Dynamic power allocation and discrete wavelet transform techniques in 5G wireless sensor network systems with energy harvesting
dc.contributor.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | en_US |
dc.contributor.author | Ahmed, Amar Esse | en_US |
dc.contributor.supervisor | Khaizuran Abdullah, Ph.D | en_US |
dc.contributor.supervisor | Mohamed Hadi Habaebi, Ph.D | en_US |
dc.contributor.supervisor | Huda Adibah Mohd. Ramli, Ph.D | en_US |
dc.date.accessioned | 2024-10-07T03:01:36Z | |
dc.date.available | 2024-10-07T03:01:36Z | |
dc.date.issued | 2022 | |
dc.description.abstract | Energy harvesting wireless networks are one of the most researched topics in this decade. With a radio frequency (RF) energy harvester (EH) embedded, the sensors can operate for extended periods. Thus, providing sustainable solutions for managing massive numbers of sensor nodes (SN). There are different scheduling methods for information decoding (ID) and energy harvesting (EH) in the literature. These scheduling techniques can be classified into time switching (TS) and power splitting (PS). TS alternates between EH and ID on a temporal basis, receiving data just half of the time. In contrast, PS splits the received signal in theory between ID and EH circuitries without regard for the power requirement differences of the two circuitries. This thesis aims to develop an energy harvesting system with a dynamic power allocation transmitter and dynamic power splitting receiver between information decoding and energy harvesting circuitries for WSN to increase the energy harvester output. The presented receiver architecture integrates input signals from several RF sources and divides them between the EH and ID circuits. In addition, by moving the ID load into a separate circuit, the split design enhances the harvestable power at the RF energy harvester. DPA-SWIPT is implemented at the transmitter, where the ES is transmitted using an unmodulated high-power CW signal centred on the carrier frequency, while the IS is transmitted using a low-power signal around the carrier frequency. In TS and PS, the ES is conveyed on a modulated wave, resulting in increased interference with external networks. In contrast, in DPA-SWIPT, the high-power ES is constrained to a narrow band at the carrier frequency, resulting in less interference with bordering networks. Various system parameters were discussed, including the EH circuit's voltage multiplier output and ID data rates. As a result, the split receiver design demonstrated a considerable increase of more than 15 dBm in harvestable power level compared to the combined receiver. Moreover, this thesis also aims to improve the peak to average power ratio (PAPR). Hence, the PAPR of several wavelet methods are investigated, with the wavelet-based modulation technique outperforming fast Fourier transform (FFT) orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) substantially where Haar wavelet scored a gain of almost 5dBm. As a result, it is stated that wavelet modulation is an excellent contender for implementation at the SN, where energy efficiency is critical. Ultimately, the increase in the input power level of the EH circuitry coupled with enhancing the energy efficiency of the WSN nodes marks an important milestone toward achieving fully autonomous WSNs. | en_US |
dc.description.abstractarabic | تعد الشبكات اللاسلكية الخاصة بحصاد الطاقة واحدة من أكثر الموضوعات التي تم بحثها في هذا العقد. مع جهاز حصاد طاقة التردد اللاسلكي (RF) مدمج ، يمكن لأجهزة الاستشعار أن تعمل لفترات طويلة. وبالتالي ، بهذه الطريقة ، من الممكن توفير حلول مستدامة لإدارة أعداد هائلة من عقد الاستشعار (SN). توجد طرق جدولة مختلفة لفك تشفير المعلومات (ID) وجمع الطاقة (EH). يمكن تصنيف تقنيات الجدولة هذه إلى تقنيات تبديل الوقت (TS) وتقنيات تقسيم الطاقة (PS). في حالة تقنية تبديل الوقت ، يتناوب جهاز الاستقبال بين EH و ID على أساس زمني ، ويستقبل البيانات نصف الوقت فقط. بينما ، في تقنية تقسيم الطاقة ، يقسم المستقبل الإشارة المستقبلة نظريًا بين دارات ID و EH دون أي اعتبار لاختلافات متطلبات الطاقة بين الدائرتين. تقدم هذه الأطروحة وحدة فك ترميز معلومات متعددة المدخلات والمخرجات (MIMO) مع حاصدة للطاقة. مع دعم تخصيص الطاقة الديناميكي (DPA). علاوة على ذلك ، يتيح النظام للعقد اللاسلكية تلقي المعلومات والطاقة بشكل متزامن. بالإضافة إلى ذلك ، تقدم الأطروحة تصميم جهاز استقبال مقسم لـ RF EH مع نسبة PS قابلة للتعديل. تدمج بنية المستقبل المقدمة إشارات الإدخال من عدة مصادر RF وتقسمها بين دوائر EH و ID. بالإضافة إلى ذلك ، من خلال نقل حمل المعرف إلى دائرة منفصلة ، فإن التصميم المنفصل يعزز القدرة القابلة للحصاد في جهاز حصاد الطاقة. يتم تنفيذ DPA-SWIPT في جهاز الإرسال ، حيث يتم إرسال ES باستخدام إشارة CW عالية الطاقة غير مشكلة مركزها على تردد الموجة الحاملة ، بينما يتم إرسال IS باستخدام إشارات منخفضة الطاقة حول تردد الموجة الحاملة. في TS و PS ، يتم نقل ES على موجة مشكلة ، مما يؤدي إلى زيادة التداخل مع الشبكات الخارجية. في المقابل ، في DPA-SWIPT ، يتم تقييد ES عالي الطاقة في نطاق ضيق عند تردد الموجة الحاملة ، مما يؤدي إلى تداخل أقل مع الشبكات المجاورة. تمت مناقشة عوامل النظام المختلفة ، بما في ذلك خرج مضاعف الجهد لدائرة EH ومعدلات بيانات المعرف. ونتيجة لذلك ، أظهر تصميم المستقبل المنفصل زيادة كبيرة حوالي 15 ديسيبل في مستوى الطاقة القابلة للحصاد مقارنة بالمستقبل المدمج. علاوة على ذلك ، تم التحقق من نسبة الذروة إلى متوسط القدرة (PAPR) للعديد من أنواع المويجات ، حيث تفوقت تقنية تعديل المويجات بشكل كبير على تقنية تعديل الموجة على تحويل فورييه السريع (FFT) بتقسيم التردد المتعامد (OFDM). حيث حققت موجات هار مكاسب تقارب 5 ديسيبل. ونتيجة لذلك ، تم التأكيد على أن تعديل المويجات هو بديل ممتاز للتنفيذ في SN ، حيث تكون كفاءة الطاقة أمرًا بالغ الأهمية. في النهاية ، تمثل الزيادة في مستوى طاقة الإدخال لدائرة EH جنبًا إلى جنب مع تعزيز كفاءة الطاقة لعقد WSN معلمًا مهمًا نحو تحقيق شبكات WSN المستقلة بالكامل. | en_US |
dc.description.callnumber | t TK 7872 D48 A2864D 2022 | en_US |
dc.description.identifier | Thesis : Dynamic power allocation and discrete wavelet transform techniques in 5G wireless sensor network systems with energy harvesting / by Amar Esse Ahmed | en_US |
dc.description.identity | t11100383913AmarEsseAhmed | en_US |
dc.description.kulliyah | Kulliyyah of Engineering | en_US |
dc.description.notes | Thesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2022. | en_US |
dc.description.physicaldescription | xxi, 137 leaves : illustrations ; 30cm. | en_US |
dc.description.programme | Doctor of Philosophy (Engineering) | en_US |
dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/2910 | |
dc.language.iso | en | en_US |
dc.publisher | Kuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2022 | en_US |
dc.subject.lcsh | Wireless sensor network | en_US |
dc.subject.lcsh | 5G mobile communication systems | en_US |
dc.subject.lcsh | Energy harvesting | en_US |
dc.subject.lcsh | MIMO systems | en_US |
dc.title | Dynamic power allocation and discrete wavelet transform techniques in 5G wireless sensor network systems with energy harvesting | en_US |
dc.type | Doctoral Thesis | en_US |
dspace.entity.type | Publication |
Files
License bundle
1 - 1 of 1