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Tipo: Dissertação
Título: Alocação adaptativa de potência, seleção de relay e pareamento de usuários em redes cooperativas com múltiplo acesso não-ortogonal.
Título em inglês: Adaptive power allocation, relay selection, and pairing users in cooperative networks with multiple access non-orthogonal
Autor(es): Lima, Brena Kelly Souza de
Orientador: Costa, Daniel Benevides da
Palavras-chave: Múltiplo acesso não-ortogonal;Alocação de potência;Análise de desempenho.;Seleção de relay;Pareamento de usuários
Data do documento: 17-Jul-2020
Citação: LIMA, B. K. S. Alocação adaptativa de potência, seleção de relay e pareamento de usuários em redes cooperativas com múltiplo acesso não-ortogonal. 74 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias Elétrica e da Computação) - Campus de Sobral, Universidade Federal do Ceará, Sobral, 2020.
Resumo: Estão previstos diversos serviços e aplicações para os sistemas sem fio além da quinta geração (do inglês, Beyond fifth-generation (B5G)) que irão impor requisitos rigorosos aos projetistas de sistemas, como comunicações confiáveis, baixa latência, conectividade contínua e alta eficiência espectral. Em particular, a técnica de múltiplo acesso não-ortogonal (do inglês, Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA)) tem sido considerada uma tecnologia fundamental para atender a essas demandas heterogêneas devido aos seus ganhos promissores quando comparados à técnica ortogonal. A combinação dos recursos da NOMA e da comunicação cooperativa proporciona ganhos ainda maiores para a rede em termos de cobertura, latência, justiça, capacidade e eficiência espectral. No entanto, o desempenho do sistema ainda pode ser degradado e a confiabilidade da comunicação afetada devido ao profundo desvanecimento. Para aumentar o desempenho de redes cooperativas NOMA, faz-se necessário encontrar estratégias apropriadas de alocação de potência, seleção de relays (do inglês, Relay Selection (RS)) e pareamento de usuários (do inglês, User Pairing (UP)). Nesse contexto, métodos de alocação de potência, RS e UP são propostos nesta dissertação. Especificamente, dois cenários são considerados. No primeiro cenário, projeta-se e avalia-se o desempenho de uma rede downlink cooperativa NOMA com múltiplos relays full-duplex (do inglês, Cooperative Full-Duplex Relaying NOMA (CFR-NOMA)) e dois usuários. Para maximizar a taxa alcançável e garantir justiça de taxa entre os dois usuários, um método de RS é desenvolvido e a solução ótima para alocação de potência é derivada nos relays. No segundo cenário, um sistema downlink cooperativo com múltiplos relays half-duplex NOMA (do ingês, Cooperative Half-Duplex Relaying NOMA (CHR-NOMA)) e com múltiplos usuários é projetado. Com base em equidade de taxa, para cada fase do sistema cooperativo um problema de otimização de potência é formulado para maximizar a taxa mínima entre os usuários móveis. Primeiramente, formula-se o problema de otimização na estação base e, logo após, um esquema conjunto de RS e UP é proposto para diminuir a complexidade do sistema. Em seguida, o segundo problema de otimização de potência para os pares de usuários é formulado nos relays. O desempenho dos esquemas propostos é validado por meio de simulações numéricas e significantes discussões são fornecidas, comprovando a superioridade das soluções propostas em termos de probabilidade de outage, taxa de justiça e taxa alcançável.
Abstract: Diverse services and applications ranging are foreseen for beyond fifth-generation (B5G) wireless systems which will impose strict requirements to the system designers, such as reliable communications, low latency, seamless connectivity, and high spectral efficiency. In particular, non-orthogonal multiple access (NOMA) has been regarded as a key technique to attend these heterogeneous demands due to its promising gains when compared to the orthogonal counterpart. The combination of the resources of NOMA and cooperative communication techniques can provide even greater gains for the network in terms of coverage, latency, fairness, capacity and spectral efficiency. However, system performance can still be degraded and the communication reliability affected due to the deep fading. In order to increase the performance of NOMA cooperative networks, it is necessary to find appropriate strategies for power allocation, relay selection (RS), and user pairing (UP). In this context, methods of the power allocation, RS and UP are proposed in this dissertation. Specifically, two scenarios are considered. In the first scenario, a downlink cooperative full-duplex relaying NOMA (CFR-NOMA) with multiple relays and two users is projected and evaluated. In order to maximize the achievable rate and ensure rate fairness between the two users, an RS method is developed and the optimal solution for power allocation is derived at the relays. In the second scenario, a cooperative half-duplex relaying NOMA (CHR-NOMA) with multiple relays and multiple users is designed. Based on rate fairness, for each phase of the cooperative system a power optimization problem is formulated to maximize the minimum rate among mobile users. Firstly, the optimization problem is formulated at the base station and then a joint RS and UP scheme is proposed to reduce the complexity of the system. Finally, the second problem of power optimization for user pairs is formulated at the relays. The performance of the proposed schemes is validated through numerical simulations and significant discussions are provided, which proves the superiority of the proposed solutions in terms of outage probability, rate fairness and achievable rate.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/53176
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