بهینه‌سازی توأم اختصاص توان در یک شبکه مخابرات همکارانه با استفاده از دسترسی چندگانه غیرمتعامد
محورهای موضوعی :حمید امیری آرا 1 , محمدباقر مسرور 2 , محمدرضا ذهابی 3 *
1 - دانشیار
2 - دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل
3 - دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل
کلید واژه: مخابرات همکارانه, دسترسی چندگانه غیرمتعامد, بهینه‌سازی, اختصاص توان.,
چکیده مقاله :
در این مقاله یک شبکه فراسو با دو کاربر به ترتیب در نقش فرستنده و رله، و یک ایستگاه مرکزی به عنوان گیرنده در نظر گرفته شده است. هدف این است که ضریب بهینه سمبل‌های سیگنال غیرمتعامد و اختصاص توان بهینه در منبع-رله به منظور بیشینه کردن متوسط مجموع نرخ در یک سیستم مخابرات همکارانه با استفاده از تکنیک دسترسی چندگانه غیرمتعامد، تعیین شود. برای دستیابی به این اهداف، ابتدا متوسط مجموع نرخ سیستم مخابرات همکارانه با استفاده از دسترسی چندگانه غیرمتعامد با رله کدگشایی و ارسال، در کانال مستقل رایلی محاسبه گردید. سپس در گام اول، مسئله بهینه‌سازی ضریب سمبل‌های سیگنال غیرمتعامد در این سیستم به ازای هر اختصاص توانی به صورت ریاضی بیان شده و رابطه بسته برای حل تقریبی آن پیشنهاد شده است. در گام دوم، مسئله بهینه‌سازی اختصاص توان بهینه ارسالی از منبع-رله، به ازای ضرایب سیگنال مشخص معرفی و حل گردید. در انتها، مسئله بهینه‌سازی توأم ضریب سمبل‌های سیگنال غیرمتعامد و اختصاص توان بررسی می‌شود و الگوریتمی برای بهینه‌سازی توأم این دو پارامتر پیشنهاد شده است. الگوریتم پیشنهادی این مقاله نشان می‌دهد که بهینه‌سازی توأم ضریب سمبل‌های سیگنال غیرمتعامد و اختصاص توان منجر به دستیابی به متوسط نرخ بالاتری نسبت به بهینه‌سازی جداگانه هر یک از این پارامترها می‌شود. همچنین، شبیه‌سازی و نتایج عددی برای تائید روابط تئوری ارائه گردیده است، که شبیه‌سازی‌ها بهره dB 3 را برای سیستم بهینه شده توأم با استفاده از الگوریتم پیشنهادی در مقایسه با سیستم غیر بهینه نشان می‌دهند.
In this paper, a downlink network with two users as transmitter and relay, respectively, and a central station as a receiver is considered. The aim is to determine the optimal coefficient of non-orthogonal signal symbols and the optimal power allocation in the source-relay in order to maximize the average total rate in a cooperative communication system using the non-orthogonal multiple access technique. To achieve these goals, the average total rate of the cooperative communication system with non-orthogonal multiple access with decode and forward relay in the independent Rayleigh channel was calculated. Then, in the first step, the optimization problem of the non-orthogonal symbols coefficient is mathematically expressed for each power allocation and a closed form solution is proposed. In the second step, the power allocation optimization for the source-relay was introduced and solved. Finally, the joint optimization problem of the non-orthogonal symbols coefficient and power allocation is investigated and an algorithm proposed for the joint optimization problem. The proposed algorithm shows that the joint optimization of the non-orthogonal symbols coefficient and power allocation achieve a higher average rate than the separate optimization of each of these parameters. Also, simulations and numerical results are presented to confirm the theoretical equation, where the simulations show the 3 dB gain for the optimized system using the proposed algorithm compared to the non-optimized system.
[1] Amiriara, H. , Zahabi, M. R., & Meghdadi, V. (2018, December). Joint Power and Location Optimization of Relay for Amplify-and-Forward Cooperative Relaying. In 2018 International Conference on Internet of Things, Embedded Systems and Communications (IINTEC) (pp. 97-102). IEEE.
[2] Amiriara, H. , Zahabi, M. R., & Meghdadi, V. (2020). Joint power-location optimization in AF cooperative relay systems with Nakagami-m channel. Physical Communication, 101067.
[3] Seo, J. B., Jin, H., Joung, J., & Jung, B. C. (2020). Uplink NOMA Random Access Systems With Space–Time Line Code. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 69(4), 4522-4526.
[4] Kim, J. B., & Lee, I. H. (2015). Capacity analysis of cooperative relaying systems using non-orthogonal multiple access. IEEE Communications Letters, 19(11), 1949-1952.
[5] Zeng, M., Hao, W., Dobre, O. A., & Ding, Z. (2020). Cooperative NOMA: State of the Art, Key Techniques, and Open Challenges. IEEE Network, 34(5), 205-211.
[6] Do, D. T., & Nguyen, T. T. T. (2018). Exact Outage Performance Analysis of Amplify-and-Forward-Aware Cooperative NOMA. TELKOMNIKA Telecommunication Computing Electronics and Control, 16(5), 1966-1973.
[7] Liu, H., Ding, Z., Kim, K. J., Kwak, K. S., & Poor, H. V. (2018). Decode-and-forward relaying for cooperative NOMA systems with direct links. IEEE Transactions on Wireless Communications, 17(12), 8077-8093.
[8] Wang, Z., & Peng, Z. (2019). Secrecy performance analysis of relay selection in cooperative NOMA systems. IEEE Access, 7, 86274-86287.
[9] Zou, D., Deng, D., Rao, Y., Li, X., & Yu, K. (2019). Relay selection for cooperative NOMA system over correlated fading channel. Physical Communication, 35, 100702.
[10] Ghous, M., Abbas, Z. H., Abbas, G., Hassan, A. K., & Moinuddin, M. (2020). Transmit beamformer based performance analysis and diversity gains of cell edge user in cooperative MISO-NOMA system. Physical Communication, 101102.
[11] Xu, M., Ji, F., Wen, M., & Duan, W. (2016). Novel receiver design for the cooperative relaying system with non-orthogonal multiple access. IEEE Communications Letters, 20(8), 1679-1682.
[12] Kader, M. F., & Shin, S. Y. (2016). Cooperative relaying using space-time block coded non-orthogonal multiple access. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 66(7), 5894-5903.
[13] Jeffrey, A., & Zwillinger, D. (Eds.). (2007). Table of integrals, series, and products. Elsevier.
[14] Chatzigeorgiou, I. (2013). Bounds on the Lambert function and their application to the outage analysis of user cooperation. IEEE Communications Letters, 17(8), 1505-1508.
[15] Gilbert, G. T. (1991). Positive definite matrices and Sylvester's criterion. The American Mathematical Monthly, 98(1), 44-46.