بهینه سازی منابع برای سیستم دسترسی چندگانه غیر متعامد در شبکه های موبایلی سبز

نوع مقاله : مقاله برق

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی صنایع و سیستم ها، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

دسترسی چندگانه غیر متعامد (NOMA) به‌عنوان یکی از تکنیک‌های کلیدی در شبکه‌های موبایلی نسل جدید مطرح هست که با استفاده از روش حذف تداخل به‌صورت متوالی (SIC)، می‌تواند بهره‌وری طیفی را بهبود ببخشد. با این روش، کاربران می‌توانند از کانال مشترک استفاده کنند. استفاده بهینه از منابع طیفی و توانی و نیز گروه‌بندی کارآمد کاربران جزو جنبه‌های مهم شبکه‌های مخابراتی سبز NOMA هستند. در این مقاله، فرض می‌کنیم کاربران مختلف بر اساس بهره کانال خود، در سه ناحیه نزدیک، میانی و دور نسبت به ایستگاه پایه در یک سلول پراکنده شده‌اند. برای دوری از بروز تداخل و SIC ناقص در استفاده هم‌زمان از مزیت‌های NOMA، سناریویی شامل گروه‌بندی سه کاربری در نظر می‌گیریم. صرفه-جویی در منابع طیفی و توانی از ویژگی‌های سناریوی NOMA سبز هست. در ادامه با هدف تخصیص بهینه منابع در شبکه سلولی NOMA، مسئله بهینه‌سازی ضرایب اختصاصی توان به کاربران را تحت افزایش گذردهی کلی سیستم پیشنهاد می‌کنیم. با اختصاص مناسب توان به ایستگاه پایه و کاربران، می‌توان مصرف توان را بهینه کرد و با توان معینی، بهره‌وری مطلوبی در شبکه سلولی فراهم آورد. برای یافتن ضرایب بهینه اختصاصی توان به کاربران، به اثبات مقعر/محدب بودن مسئله بهینه‌سازی می‌پردازیم، سپس از Lagrangian و شرایط KKT استفاده می‌کنیم. مطابق با نتایج به دست آمده، طرح پیشنهادی بهبود 6.97 درصدی در SNR های پایین و بهبود یک درصدی در SNR های بالا نسبت به NOMA با ضرایب توان ثابت، از نظر ظرفیت کلی فراهم می آورد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Resource Optimization for the Non-Orthogonal Multiple Access System in Green Mobile Networks

نویسندگان [English]

  • MOHSEN SHAHRIARI 1
  • Farid Tabee miandoab 2
1 Isfahan University of Technology
2 Department of Electrical and Computer Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Non-orthogonal multiple access (NOMA) as one of the key techniques is nominated in new generation of mobile networks that can improve spectral efficiency by using the successive interference cancellation (SIC) method. By this method, users can use a shared channel. Optimal use of spectral and power resources as well as efficient users clustering are important aspects of green NOMA communication networks. In this paper, we assume different users based on their channel gains are dispersed in three near, middle, and far areas to the base station in a cell. To avoid interference and imperfect SIC at the use of NOMA benefits simultaneously, we consider a scenario including grouping of three users. Saving spectral and power resources is the feature of the green NOMA scenario. In the following, with the aim of optimal resource allocation in the NOMA cellular network, we propose the optimization problem of power allocation coefficients to users under increasing the overall system throughput. Power consumption can be optimized by properly allocating power to the base station and users, and with a certain power, can provide a desirable efficiency in the cellular network. To find the optimal power allocation coefficients to users, we prove that the optimization problem is concave/convex, then we apply Lagrangian and KKT conditions. According to the achieved results, the proposed scheme provides a 6.97% improvement in low SNRs and a 1% improvement in high SNRs compared to NOMA with constant power coefficients in terms of the sum capacity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • NOMA
  • Spectral efficiency
  • Optimal power allocation
  • Optimization
  • Green communications