Çöz-aktar röle-yardımlı-NOMA sistemlerinin hata başarımlarının analizi ve kullanıcılar arası adillik için bir güç paylaşım protokolü
Yıl: 2020 Cilt: 35 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 97 - 108 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.441452 İndeks Tarihi: 07-01-2021
Çöz-aktar röle-yardımlı-NOMA sistemlerinin hata başarımlarının analizi ve kullanıcılar arası adillik için bir güç paylaşım protokolü
Öz: Dikgen-olmayan çoklu erişim (non-orthogonal multiple access -NOMA) sunduğu yüksek spektral verimlilikve kitlesel iletişim potansiyeli nedeniyle yeni nesil ağlar için önemli bir aday teknik konumundadır. Ayrıcadiğer fiziksel seviye teknikleriyle beraber kolayca uygulanabilmesi de NOMA için önemli bir avantajgetirmektedir. İşbirlikli iletişim ile NOMA’nın beraber kullanıldığı röle-yardımlı NOMA sistemleri yüksekspektral verimlilik ve kitlesel iletişimin yanı sıra geniş kapsama alanı da sunmaktadır. Bu nedenle sonyıllarda çok sayıda çalışmaya konu olmuştur. Fakat, yapılan çalışmaların çoğunda önerilen sistemler kesintiolasılığı ve toplam sistem kapasitesi başarımları açısından ele alınmış olup bit hata başarımları göz ardıedilmiştir. Bu çalışmada, çöz-aktar (decode-forward -DF) protokolü kullanılan röle-yardımlı NOMA sistemiiçin teorik uçtan uca (end-to-end -E2E) ortalama bit hata olasılığı (average bit error probability -ABEP)ifadeleri kapalı-formda türetilmiştir. Elde edilen ifadeler Monte Carlo benzetimleri ile doğrulanmıştır.Sistemin E2E hata başarımı değişen sistem parametrelerine göre incelenmiştir. Ayrıca hata başarımlarıaçısından kullanıcılar arası adillik/eşitlik gözetilerek optimum güç paylaşım katsayısının ne olması gerektiğitartışılmış ve oransal adillik (proportional fairness -PF) indeksine göre optimumuma yakın bir güç paylaşımıalgoritması sunulmuştur.
Anahtar Kelime: The error performance analysis of the decode-forward relay-aided-NOMA systems and a power allocation scheme for user fairness
Öz: Non-orthogonal multiple access (NOMA) is a major candidate technology for the future radio networks due to its potential to have high spectral efficiency and to support massive connections. It is also an important advantage for the NOMA to be very compatible with the other physical layer techniques. The relay-aidedNOMA which consists of the interplay between cooperative communication and NOMA, offers very large coverage area besides the high spectral efficiency and the massive connectivity. Hence, the relay-aidedNOMA has great recent attention. Most of these studies are devoted to reveal outage probability and the overall system capacity performances of the systems. However, the bit error performances have been ignored. In this paper, theoretical end-to-end (E2E) average bit error probability (ABEP) expressions are derived for the relay-aided-NOMA using a relay with the decode-forward (DF) protocol. The derived expressions are validated through Monte Carlo simulations. The E2E error performance of the system are examined for different system parameters. Moreover, by considering user fairness in terms of error performance, it is discussed how the optimum power allocation should be done. And finally, a sub-optimum power allocation algorithm is presented according to the proportional fairness index.
Anahtar Kelime: Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
- 1. Andrews, J.G.J.G., Buzzi, S., Choi, W., vd., What will 5G be?, IEEE J. Sel. Areas Commun., 32, (6), 1065– 1082, 2014.
- 2. Agiwal, M., Roy, A., Saxena, N., Next Generation 5G Wireless Networks: A Comprehensive Survey, IEEE Commun. Surv. Tutorials, 18, (3), 1617–1655, 2016.
- 3. Osseiran, A., Boccardi, F., Braun, V., vd., Scenarios for 5G mobile and wireless communications: The vision of the METIS project, IEEE Commun. Mag., 52, (5), 26– 35, 2014.
- 4. Liu, Y., Qin, Z., Elkashlan, M., Ding, Zhiguo, A.N., Hanzo, L., Non-Orthogonal Multiple Access for 5G”, Proceedings of IEEE, 2017.
- 5. Saito, Y., Benjebbour, A., Kishiyama, Y., Nakamura, T., System-level performance evaluation of downlink nonorthogonal multiple access (NOMA), IEEE Int. Symp. Pers. Indoor Mob. Radio Commun. PIMRC, 611–615, 2013.
- 6. Islam, S.M.R., Avazov, N., Dobre, O.A., Kwak, K.S., Power-Domain Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) in 5G Systems: Potentials and Challenges, IEEE Commun. Surv. Tutorials, 19, (2), 721–742, 2017.
- 7. Benjebbour, A., Saito, Y., Kishiyama, Y., Li, A., Harada, A., Nakamura, T., Concept and practical considerations of non-orthogonal multiple access (NOMA) for future radio access”, ISPACSInternational Symposium on Intelligent Signal Processing and Communication Systems, 770–774, 2013.
- 8. Kara, F., Kaya, H., Dikgen Olmayan Çoklu Erişim (NOMA): Gelecek Nesil Radyo Erişim Ağlarında Kitlesel Erişim ve Yüksek Spektral Verimlilik için Bir Çözüm, Karaelmas Fen ve Mühendislik Derg. (Karaelmas Science and Engineering Journal), 9, (1), 152-165, 2019
- 9. Saito, Y., Kishiyama, Y., Benjebbour, A., Nakamura, T., Li, A., Higuchi, K., Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) for Cellular Future Radio Access, IEEE 77th Vehicular Technology Conference (VTC Spring), 1–5, 2013.
- 10. Ding, Z., Yang, Z., Fan, P., Member, S., Poor, H.V., On the Performance of Non-Orthogonal Multiple Access in 5G Systems with Randomly Deployed Users, IEEE Signal Process. Lett., 21, (12), 1501–1505, 2014.
- 11. Wang, X., Labeau, F., Mei, L., Closed-Form BER Expressions of QPSK Constellation for Uplink NonOrthogonal Multiple Access, IEEE Commun. Lett., 21, (10), 2242–2245, 2017.
- 12. Kara, F., Kaya, H., On the BER Performances of Downlink and Uplink NOMA in the presence of SIC errors over Fading Channels”IET Commun., 12, (15), 1834-1844, 2018.
- 13. Timotheou, S., Krikidis, I., Fairness for Non-Orthogonal Multiple Access in 5G Systems, IEEE Signal Process. Lett., 22, (10), 1647–1651, 2015.
- 14. Liu, F., Mahonen, P., Petrova, M., Proportional fairnessbased user pairing and power allocation for nonorthogonal multiple access, IEEE Int. Symp. Pers. Indoor Mob. Radio Commun. PIMRC, 1127–1131, 2015.
- 15. Guo, J., Wang, X., Yang, J., Zheng, J., Zhao, B., User pairing and power allocation for downlink nonorthogonal multiple access, 2016 IEEE Globecom Work. GC Wkshps Proc., 1–5, 2016.
- 16. Ali, M.S., Tabassum, H., Hossain, E., Dynamic User Clustering and Power Allocation for Uplink and Downlink Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) Systems, IEEE Access, 4, 6325–6343, 2016.
- 17. Oviedo, J.A., Sadjadpour, H.R., A Fair Power Allocation Approach to NOMA in Multiuser SISO Systems, IEEE Trans. Veh. Technol., 66, (9), 7974– 7985, 2017.
- 18. Ding, Z., Peng, M., Poor, H.V., Cooperative NonOrthogonal Multiple Access in 5G Systems, IEEE Commun. Lett., 19, (8), 1462–1465, 2015.
- 19. Kara, F., Kaya, H., On the Error Performance of the Cooperative-NOMA with Statistical CSIT, IEEE Commun. Lett., 23, (1),128-131, 2019
- 20. Ding, Z., Liu, Y., Choi, J., vd., Application of NonOrthogonal Multiple Access in LTE and 5G Networks, IEEE Commun. Mag., 55, (2), 185–191, 2017.
- 21. Sun, Q., Han, S., I, C.-L., Pan, Z., On the Ergodic Capacity of MIMO NOMA Systems, IEEE Wirel. Commun. Lett., 4, (4), 405–408, 2015.
- 22. Kim, J.-B., Lee, I.-H., Capacity Analysis of Cooperative Relaying Systems Using Non-Orthogonal Multiple Access, IEEE Commun. Lett., 19, (11), 1949–1952, 2015.
- 23. Liu, Y., Ding, Z., Elkashlan, M., Yuan, J., Nonorthogonal Multiple Access in Large-Scale Underlay Cognitive Radio Networks, IEEE Trans. Veh. Technol., 65, (12), 10152–10157, 2016.
- 24. Duan, W., Wen, M., Yan, Y., Xiong, Z., Lee, M.H., Use of Non-Orthogonal Multiple Access in Dual-hop relaying, 2016, arXiv ID:1604.01151 .
- 25. Liang, X., Wu, Y., Ng, D.W.K., Zuo, Y., Jin, S., Zhu, H., Outage Performance for Cooperative NOMA Transmission with an AF Relay, IEEE Commun. Lett., 21, (11), 2428-2431, 2017.
- 26. Zhong, C., Zhang, Z., Non-Orthogonal Multiple Access with Cooperative Full-Duplex Relaying, IEEE Commun. Lett., 20, (12), 2478–2481, 2016.
- 27. Luo, S., Teh, K.C., Adaptive transmission for cooperative NOMA system with buffer-aided relaying, IEEE Commun. Lett., 21, (4), 937–940, 2017.
- 28. Ding, Z., Dai, H., Poor, H.V., Relay Selection for Cooperative NOMA”IEEE Trans. Veh. Technol., 5, (4), 416–419, 2016.
- 29. Higuchi, K., Kishiyama, Y., Non-orthogonal access with random beamforming and intra-beam SIC for cellular MIMO downlink, IEEE Veh. Technol. Conf., 1- 5, 2013.
- 30. Proakis, J.G., Digital Communications, McGraw-Hill, Singapur, 2008.
- 31. Kara, F., Kaya, H., Nakagami-m Sönümlemeli Kanallarda DL-NOMA için Kapalı-Form BHO İfadelerinin Türetilmesi, 26. IEEE Sinyal İşleme ve İletişim Uygulamaları, İzmir, Türkiye, 2-5 Mayıs, 2018.
- 32. Craig, J.W., A new, simple and exact result for calculating the probability of error for two-dimensional signal constellations”MILCOM 91 - Conf. Rec., 571– 575, 1991.
- 33. Simon, M.K., Alouini, M.-S., Digital Communication over Fading Channels, John Wiley & Sons, Inc., Newyork, ABD, 2004.
- 34. Laneman, J.N., Tse, D.N.C., Wornell, G.W., Cooperative diversity in wireless networks: Efficient protocols and outage behavior, IEEE Trans. Inf. Theory, 50, (12), 3062–3080, 2004.
- 35. Grosan, C., Abraham, A., Intelligent Systems: A modern Approach, Springer Heidelberg, Berlin, Almanya, 2011.
| APA | Kara F, KAYA H (2020). Çöz-aktar röle-yardımlı-NOMA sistemlerinin hata başarımlarının analizi ve kullanıcılar arası adillik için bir güç paylaşım protokolü. , 97 - 108. 10.17341/gazimmfd.441452 |
| Chicago | Kara Ferdi,KAYA Hakan Çöz-aktar röle-yardımlı-NOMA sistemlerinin hata başarımlarının analizi ve kullanıcılar arası adillik için bir güç paylaşım protokolü. (2020): 97 - 108. 10.17341/gazimmfd.441452 |
| MLA | Kara Ferdi,KAYA Hakan Çöz-aktar röle-yardımlı-NOMA sistemlerinin hata başarımlarının analizi ve kullanıcılar arası adillik için bir güç paylaşım protokolü. , 2020, ss.97 - 108. 10.17341/gazimmfd.441452 |
| AMA | Kara F,KAYA H Çöz-aktar röle-yardımlı-NOMA sistemlerinin hata başarımlarının analizi ve kullanıcılar arası adillik için bir güç paylaşım protokolü. . 2020; 97 - 108. 10.17341/gazimmfd.441452 |
| Vancouver | Kara F,KAYA H Çöz-aktar röle-yardımlı-NOMA sistemlerinin hata başarımlarının analizi ve kullanıcılar arası adillik için bir güç paylaşım protokolü. . 2020; 97 - 108. 10.17341/gazimmfd.441452 |
| IEEE | Kara F,KAYA H "Çöz-aktar röle-yardımlı-NOMA sistemlerinin hata başarımlarının analizi ve kullanıcılar arası adillik için bir güç paylaşım protokolü." , ss.97 - 108, 2020. 10.17341/gazimmfd.441452 |
| ISNAD | Kara, Ferdi - KAYA, Hakan. "Çöz-aktar röle-yardımlı-NOMA sistemlerinin hata başarımlarının analizi ve kullanıcılar arası adillik için bir güç paylaşım protokolü". (2020), 97-108. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.441452 |
| APA | Kara F, KAYA H (2020). Çöz-aktar röle-yardımlı-NOMA sistemlerinin hata başarımlarının analizi ve kullanıcılar arası adillik için bir güç paylaşım protokolü. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 35(1), 97 - 108. 10.17341/gazimmfd.441452 |
| Chicago | Kara Ferdi,KAYA Hakan Çöz-aktar röle-yardımlı-NOMA sistemlerinin hata başarımlarının analizi ve kullanıcılar arası adillik için bir güç paylaşım protokolü. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 35, no.1 (2020): 97 - 108. 10.17341/gazimmfd.441452 |
| MLA | Kara Ferdi,KAYA Hakan Çöz-aktar röle-yardımlı-NOMA sistemlerinin hata başarımlarının analizi ve kullanıcılar arası adillik için bir güç paylaşım protokolü. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.35, no.1, 2020, ss.97 - 108. 10.17341/gazimmfd.441452 |
| AMA | Kara F,KAYA H Çöz-aktar röle-yardımlı-NOMA sistemlerinin hata başarımlarının analizi ve kullanıcılar arası adillik için bir güç paylaşım protokolü. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2020; 35(1): 97 - 108. 10.17341/gazimmfd.441452 |
| Vancouver | Kara F,KAYA H Çöz-aktar röle-yardımlı-NOMA sistemlerinin hata başarımlarının analizi ve kullanıcılar arası adillik için bir güç paylaşım protokolü. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2020; 35(1): 97 - 108. 10.17341/gazimmfd.441452 |
| IEEE | Kara F,KAYA H "Çöz-aktar röle-yardımlı-NOMA sistemlerinin hata başarımlarının analizi ve kullanıcılar arası adillik için bir güç paylaşım protokolü." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 35, ss.97 - 108, 2020. 10.17341/gazimmfd.441452 |
| ISNAD | Kara, Ferdi - KAYA, Hakan. "Çöz-aktar röle-yardımlı-NOMA sistemlerinin hata başarımlarının analizi ve kullanıcılar arası adillik için bir güç paylaşım protokolü". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 35/1 (2020), 97-108. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.441452 |
