بخشی از مقاله

چکیده – در شبکههای مخابراتی ن سل پنجم از آنجا که تمرکز ا صلی بر روی این ا ست که به تعداد بی شتری از کاربران به طور همزمان و با کیفیت بالا خدمت رسانی شود، با به کار بردن NOMA میتوان بدون استفاده از پهنای باند اضافی به تعداد بیشتری از کاربران خدمت داد. هدف ما در اینجا این ا ست که با ا ستفاده از مد NOMA در شبکههای Massive-MIMO مبتنی بر رلهها هم پو شش شبکه را افزایش دهیم و هم با ا ستفاده از تکنینک جدید انتخاب کاربران نزدیک، به عنوان رله، برای کاربرهای دور، کیفیت سیگنال دریافتی این کاربران را بهبود ببخ شیم، علاوه بر این به منظور تق سیم توان، کاربران نزدیک دارای یک حافظه قابل شارژ میباشند. به منظور ساده کردن کار گیرندهها در تشخیص سیگنال مربوط به خود، چند مساله بهینه سازی جهت یافتن ضرایب تخ صیص توان بهینه، تعریف شده ا ست. همچنین تاثیر تخ صیص توان به د ست آمده به و سیله حل این م سائل بهینه سازی بر احتمال قطع کاربران دور و نزدیک نیز به نمایش درآمده است.

-1 مقدمه

یکی از موثرترین روشها به منظور افزایش بهره طیفی ا ستفاده از د ستر سی چندگانه غیر متعامد - NOMA - میبا شد که به عنوان یک ابزار کلیدی در نسل پنجم به کار گرفته میشود. بر خلاف روشهای دسترسی چندگانه متعامد که کاربران را در حوزه زمان، فرکانس، یا کد تق سیم میکردند، NOMA بر ا صل تق سیم کاربران در حوزه توان استوار است، به این منظور نحوه تخصیص توان به کاربران به یک چالش اساسی تبدیل شده است. ما به دنبال این هستیم که با استفاده از مسائل بهینه سازی بر مبنای ماکزیمم کردن نرخ کاربران در سی ستم مبتنی بر رله، ضرایب تخ صیص توان بهینه کاربران را به دست آوریم.

در[1] مسئلهی بهینه سازی نرخ مجموع برای سیستم مخابراتی چند ورودی چند خروجی در مد دسترسی چندگانه غیر متعامد - MIMO-NOMA - مورد مطالعه قرار گرفته ا ست، جایی که در آن با محدودیت توان کل ارسالی و محدودیت حداقل نرخ برای کاربران ضعیف روبرو ه ستیم. همچنین وجود اطلاعات کانال - CSI - در سیستم MIMO-NOMA ، که میتواند به نرخ ارسال کامل بر سد، یعنی حالتی که نرخ ار سال کاربران ضعیف با ظرفیت کانال مربوط به کاربر ضعیف برابر با شد، مورد برر سی قرار گرفته ا ست. تاثیر انتخاب رله بر عملکرد سیستم Cooperative NOMA مورد بررسی قرار گرفته است و دو مدل انتخاب رله مطرح شده است، یکی روش ماکزیمم-مینیمم و دیگری استراتژی دو مرحلهای میباشد. تاثیر این دو روش برگین دایورسیتی و احتمال قطع سیستم مورد ارزیابی قرار گرفته است.[2]

در سناریوی سیستمهای سلولی زمانی که BS به صورت half duplex و به کمک رلهی AF با کاربران ارتباط برقرار میکند،عملکرد قطع مورد بررسی قرار گرفته و با مطالعهی نرخ مجموع ارگادیک و به دست آوردن کران بالای نرخ مجموع ارگادیک و محاسبهی فرم ب سته برای احتمال قطع به صورت دقیق و تقریبی ن شان داده شده است که NOMA میتواند همان مرتبهی دایورسیتی روشهای مرسوم دسترسی چندگانه را فراهم کند و تقریبا به همان نرخ مجموع برسد،ولی از آنجایی که NOMA به کاربران زیادی در یک فرکانس،زمان و کد خدمت میدهد میتواند بهرهی طیفی و user fairness بهتری را فراهم کند.[3]

در[4] به هر کدام از کاربران دو منبع به کمک یک رله خدمت رسانی میکنند که در آن دو سمبل ارسالی از دو منبع به عنوان یک جفت در نظر گرفته میشوند.نشان داده شده است که به کمک کدینگ شبکه طراحی شده و ضریب تخ صیص توان در رله میتوان به گین دایور سیتی کامل ر سید،همچنین با بهینه کردن تخ صیص توان در رله میتوان نرخ خطای جفت سمبل یا SPER را در مقصد مینیمم کرد. در این کار ما سعی داریم که با در نظر گرفتن یک مدل مناسب Massive-MIMO در مد دسترسی چندگانه غیر متعامد که در آن تعدادی از کاربران به عنوان رله اطلاعات ریافتی از BS را به کاربران دیگر مخابره میکنند، تعدادی م ساله بهینه سازی جهت ماکزیمم کردن نرخ مجموع تعریف کنیم و با حل کردن این م سائل ضرایب تخ صیص توان بهینه مربوط به کاربران را به د ست آوریم. همچنین تاثیر این تخصیص توان را بر روی عملکرد کاربران از لحاظ احتمال قطع مورد بررسی قرار میدهیم. روند ادامه کار چنین است که در بخش 2 مدل سیستم معرفی می شود، بخش 3 به تعریف م سائل بهینه سازی اخت صاص مییابد، در بخش 4 نتایج شبیه سازی آورده شده ا ست و در انتها بخش 5 به نتیجه گیری کار اختصاص مییابد.

-2 مدل سیستم

سناریوی ارسال Downlink در نظر گرفته شده است که در آن مطابق شکل - - 1 یک BS با M آنتن در مرکز یک حلقه به شعاع RDB و یک رینگ به شعاعهای RDC و RDA قرار گرفته است - - RDC  RDB و هرکدام از کاربران که دارای N آنتن میباشند در اطراف BS پراکندهاند، به این ترتیب که کاربرانی که با Bi برچسب خوردهاند به طور تصادفی و مطابق فرآیند پواسون درون حلقه به شعاع RDB و کاربرانی که با Ai برچسب خوردهاند به طور تصادفی و مطابق فرآیند پواسون درون رینگ به شعاع RDC و RDA قرار گرف تها ند. کاربرانی که درون حل قه DB قرار گرف تها ند ت حت عنوان کاربر نزد یک و کاربرانی که درون ری نگ DC و DA قرار گرف تها ند تحت عنوان کاربر دور شناخته میشوند. در سیستم مطرح شده کاربران نزدیک علاوه بر اینکه سیگنال مربوط به خود را آشکار میکنند به عنوان رله وظیفه کد گشایی، آ شکار سازی، تقویت و باز ار سال سیگنال مربوط به کاربران دور را نیز بر عهده دارند لازم به تو ضیح ا ست که رله ذکر شده از نوع DF میبا شد. پس در این حالت با دو فاز ار سال مواجه ه ستیم و فرض شده است که هر دو فاز ارسال دورهی زمانی یکسانی دارند.

-1-2 فاز ارسال مستقیم                            
در این فاز BS پیام    pi1 xi1  pi 2 xi 2    را ارسال میکند که در آن pi1   و pi 2   ضرایب تخصیص توان ،    xi1    و    xi 2    به ترتیب پیامهای مربوط  به کاربرهای Ai و Bi میباشند. در این حالت سمبل دریافتی Ai روابط نسبت سیگنال به نویز و تداخل دریافتی - SINR - در آشکارسازی پیام xi1 در Ai به صورت رابطه - 2 - میباشد میشود به دو بخش قابل تقسیم است. یک بخش به منظور کد گ شایی کردن اطلاعات به سمت مدار آ شکار ساز هدایت می شود و بخش باقی مانده به منظور اضافه کردن انرژی به توان Bi جهت کمک به Ai مورد استفاده قرار میگیرد، به این دلیل به تقسیم توان ن یاز داریم.[5] پس میتوانیم در نظر بگیریم که کاربران نزد یک دارای حافظه قابل شارژ میبا شند.[6] این واحد قابل شارژ میتواند یک ابرخازن - - super capacitor یا یک باتری با راندمان بالا در کوتاه مدت باشد.[7] بنابراین توضیحات، اطلاعات دریافتی در Bi برابر است 
شده به توان کاربر نزدیک جهت کمک به کاربر دور میباشد یعنی در این حالت اگر    باشد به این معنی است که تمام انرژی موجود صرف کد گشایی اطلاعات میشود و مقدار انرژی اضافه شده به توان کاربر نزدیک برابر با صفر خواهد بود. در ادامه با اعمال NOMA و استفاده از SIC ،کاربر Bi ابتدا اطلاعات مربوط به کاربر Ai را کدگشایی میکند سپس با کم کردن این اطلاعات از سیگنال دریافتی، اطلاعات مربوط به خودش را آشکار میکند. در نتیجه SINR دریافتی در Bi به منظور آشکارسازی پیام xi1 مربوط به کاربر Ai برابر است             

SNR دریافتی در Bi به منظور آ شکار سازی پیام xi2 مربوط به کاربر Bi برابر است با بر اساس رابطه - - 4 نرخ اطلاعاتی که توسط کانال بین BS و Bi در کد گشایی کردن xi1 قابل تضمین است به صورت رابطه - - 6 میباشد بر اساس رابطه - - 2 نرخ اطلاعاتی، که توسط کانال بین BS و Ai در دیکد کردن xi1 ، قابل تضمین است به صورت رابطه - - 7 میباشد انجام ساده سازی مورد نیاز انرژی اضافه شده در Bi برابر است با دو فاز ار سال و  ضریب انرژی ا ضافه شده میبا شد. در اینجا فرض شده است که هر دو فاز ارسال از دوره زمانی یکسانی برخوردارند بنابراین توان ارسالی در Bi طبق رابطه - 9 - خواهد بود

-2-2 فاز ارسال Cooperative

در این فاز Bi با ا ستفاده از افزایش انرژی حا صله از فاز ار سال مستقیم، xi1 را برای Ai باز ارسال میکند در این حالت بردار اطلاعات دریافتی Ai برابر است با  در رابطه - 10 -     gi   مدل small-scale کانال محو شونده ریلی  بین Ai و - g i  ~ CN - 0,1 - - Bi ، nAi ,2  نویز سفید گوسی جمع شو نده با وار یانس  فا صله بین Bi و Ai و    i  ن شان دهندهی زاویه    Ai SBi  میباشد. بر    
اساس راب طه های - 9 - و SNR - 10 - در یافتی در Ai  به منظور آشکارسازی پیام xi1 باز ارسال شده از طرف    Bi برابر است با        

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید