27268

متوازن سازي وقفه در كانال هاي دسترسي چندگانه نامتعامد

دكتري

مهندسي برق-مخابرات سيستم

1394

1401/6/30

دكتر بهمن ابوالحسني

دكتر سيد محمد رضوي زاده

مهندسي برق

دسترسي چندگانه نامتعامد (NOMA) يكي از روش هاي دسترسي راديويي است كه مي تواند به چند كاربر در يك بلوك فركانسي-زماني يكسان خدمت رساني نمايد. در سال هاي اخير از ميان روش هاي ،NOMAروش دسترسي چندگانه نامتعامد حوزه توان (PD-NOMA) به علت توانايي ذاتي در بهبود بازدهي فركانسي، برقراري عدالت در بين كاربران و افزايش گذردهي كاربران لبه سلول، در تعداد زيادي از فعاليت هاي استاندارد سازي براي نسل بعدي سيستم هاي مخابرات سلولي مورد توجه قرار گرفته است. در اين روش سيگنال كاربران مختلف با استفاده از روش كدگذاري برهم نهي با يكديگر تلفيق شده و در يك بلوك زماني-فركانسي يكسان براي آن ها ارسال مي گردد. سپس هر كاربر با به كارگيري روش حذف تداخل متوالي ) (SICاقدام به بازيابي سيگنال خود مي نمايد. در يك سيستم PD-NOMAبرقراري عدالت در بين كاربران از اهميت ويژه اي برخوردار است. باتوجه به اين موضوع، ما در اين رساله مسئله ي متوازن سازي احتمال وقفه در بين كاربران يك سيستم PD-NOMAكه قصد دارند با نرخي مشخص در يك ارتباط فروسو از يك منبع داده دريافت كنند، را مورد بررسي قرار مي دهيم. در اين مسئله، مواردي مانند بهينه سازي الگوريتم گروه بندي كاربران، تخصيص توان و پهناي باند يا بازه ي زماني به گروه هاي مختلف كاربران، تقسيم توان تخصيص يافته به هر گروه در ميان اعضاي آن و تعيين ترتيب كدگشايي بهينه ي كاربران هر گروه، براي متوازن سازي احتمال وقفه در ميان آن ها مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف اصلي برقراري بيش ترين عدالت در بين تمامي كاربران با بيشينه سازي كمينه ي احتمال موفقيت كاربران است. ما براي حل اين مسئله با فرض كانال محوشدگي Nakagami-mو موجود بودن اطلاعات آماري حالت كانال كاربران در فرستنده، طرحي جامع براي گروه بندي كاربران و تقسيم منابع در بين آن ها ارائه مي دهيم كه در فرستنده اجرا مي شود. در اين طرح پس از اثبات اين كه در پاسخ بهينه ي مسئله ي متوازن سازي احتمال وقفه، كاربران داراي احتمال موفقيت يكسان هستند، الگوريتمي كارآمد براي يافتن احتمال موفقيت مشترك بهينه ي كاربران و ضرايب تخصيص پهناي باند يا بازه ي زماني به گروه ها ارائه شده است. سپس روابطي به فرم بسته براي يافتن ضرايب تخصيص توان بهينه ي كاربران و گروه ها، ترتيب كدگشايي بهينه ي كاربران و هم چنين الگوريتم هايي كارآمد براي گروه بندي كاربران با در نظر گرفتن قيود مختلف ارائه شده است. شبيه سازي هاي انجام شده نشان مي دهد كه به كارگيري طرح پيشنهادي در مقايسه با طرح هاي موجود براي گروه بندي كاربران و تخصيص توان و منابع كانال به آن ها، نه تنها عدالت را از نظر احتمال وقفه )يا احتمال موفقيت( در بين تمام كاربران برقرار مي نمايد و موجب بيشينه شدن كمينه ي احتمال موفقيت كاربران مي شود، بلكه مجموع گذردهي كاربران را نيز افزايش مي دهد.

1401/08/12

Outage Balancing in Non-orthogonal Multiple Access Channels

1/1/1900 12:00:00 AM

Non-orthogonal multiple access (NOMA) is one of the radio access methods that can serve several users in one frequency-time block. Especially in recent years power domain NOMA (PD-NOMA) has been considered in many standardization activities for the next generation of cellular networks. Since, it can improve spectral efficiency, establish fairness among the users, and increase the throughput of cell-edge users. In this method, the signals of different users are combined using the superposition coding and after being sent to the users, each user has to perform successive interference cancellation (SIC) to retrieve its own signal. In a PD-NOMA system, establishing fairness among the users is of particular importance. Therefore, in this thesis, the problem of balancing the probability of outage among the users in the downlink of a PD-NOMA system is studied. In this regard, subproblems like optimizing the user clustering algorithm, allocating resources such as power and bandwidth or time-slot to different clusters of users, dividing the power allocated to each cluster among its members and determining the optimal decoding order of users in each cluster to balance the probability of outage is considered. The main goal is to establish complete fairness among all the users by maximizing the minimum success probability of the users. To solve this problem by assuming Nakagami-m fading channels, and the availability of statistical channel state information at the transmitter, a comprehensive plan for clustering users and allocating resources to them is proposed. Therefore, after proving that in the optimal solution, all the users have the same success probability, an efficient algorithm for finding both the optimal common success probability of users and resource allocation factors to clusters is proposed. Then, closed-form expressions are derived for the optimal decoding order and power allocation factors of users and clusters. Moreover, efficient algorithms for clustering users by considering different scenarios such as fixed or variable number of users in each cluster are proposed. Simulation results show that by applying the proposed scheme, not only fairness is established among all the users in terms of the success or outage probability, but also sum-throughput of the users is improved.

دسترسي چندگانه نامتعامد , احتمال وقفه , اطلاعات آماري حالت كانال , حذف تداخل متوالي , كدگذاري برهم نهي , گروه بندي كاربران , تخصيص توان , عدالت

Non-orthogonal multiple access , outage probability , statistical channel state information , successive interference cancellation , superposition coding , user clustering , power allocation , fairness

Ali Mahmoudi

Bahman Abolhassani