KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.16
no.6
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pp.2094-2114
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2022
Due to the wide application of fifth generation communication, wireless sensor networks have become an indispensable part in our daily life. In this paper, we analyze physical layer security for two-way relay with energy harvesting (EH), where power splitter is considered at relay. And two kinds of combined methods, i.e., selection combining (SC) and maximum ratio combining (MRC) schemes, are employed at eavesdropper. What's more, the closed-form expressions for security performance are derived. For comparison purposes, this security behaviors for orthogonal multiple access (OMA) networks are also investigated. To gain deeper insights, the end-to-end throughput and approximate derivations of secrecy outage probability (SOP) under the high signal-to-noise ratio (SNR) regime are studied. Practical Monte-Carlo simulative results verify the numerical analysis and indicate that: i) The secure performance of SC scheme is superior to MRC scheme because of being applied on eavesdropper; ii) The secure behaviors can be affected by various parameters like power allocation coefficients, transmission rate, etc; iii) In the low and medium SNR region, the security and channel capacity are higher for cooperative non-orthogonal multiple access (NOMA) systems in contrast with OMA systems; iv) The systematic throughput can be improved by changing the energy conversion efficiency and power splitting factor. The purpose of this study is to provide theoretical direction and design of secure communication.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.11
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pp.4595-4610
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2020
In the practical communication environment, the accurate channel state information (CSI) is difficult to obtain, which will cause the mismatch of resource and degrade the system performance. In this paper, to account for the channel uncertainties, a robust power allocation scheme for a downlink Non-orthogonal multiple access (NOMA) heterogeneous network (HetNet) is designed to maximize energy efficiency (EE), which can ensure the quality of service (QoS) of users. We conduct the robust optimization model based on worse-case method, in which the channel gains belong to certain ellipsoid sets. To solve the non-convex non-liner optimization, we transform the optimization problem via Dinkelbach method and sequential convex programming, and the power allocation of small cell users (SCUs) is achieved by Lagrange dual approach. Finally, we analysis the convergence performance of proposed scheme. The simulation results demonstrate that the proposed algorithm can improve total EE of SCUs, and has a fast convergence performance.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.1
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pp.93-113
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2020
According to information theory, non-orthogonal transmission can achieve the multiple-user channel capacity with an onion-peeling like successive interference cancellation (SIC) based detection followed by a capacity approaching channel code. However, in multiple antenna system, due to the unideal characteristic of the SIC detector, the residual interference propagated to the next detection stage will significantly degrade the detection performance of spatial data layers. To overcome this problem, we proposed a modified power-domain non-orthogonal multiple access (P-NOMA) scheme joint designed with space-time coding for multiple input multiple output (MIMO) NOMA system. First, with proper power allocation for each user, inter-user signals can be separated from each other for NOMA detection. Second, a well-designed quasi-orthogonal space-time block code (QO-STBC) was employed to facilitate the SIC-based MIMO detection of spatial data layers within each user. Last, we proposed an optimization algorithm to assign channel coding rates to balance the bit error rate (BER) performance of those spatial data layers for each user. Link-level performance simulation results demonstrate that the proposed time-space-power domain joint transmission scheme performs better than the traditional P-NOMA scheme. Furthermore, the proposed algorithm is of low complexity and easy to implement.
Recently, the symmetric superposition coding (SSC) [3] is proposed for a solution for the error propagation (EP) due to the non-perfect successive interference cancelation (SIC) in non-orthogonal multiple access (NOMA). We analyze the performance of NOMA with the SSC. It is shown that the performance of the SSC NOMA is the same as that of NOMA with the normal superposition coding (NSC) for the power allocation factor less than 20%, the SSC NOMA performance is better than the NSC NOMA performance up to the power allocation factor 80%, and the SSC NOMA performs worse than the NSC NOMA for the power allocation factor greater than 80%. As a result, the SSC should be used with consideration of the power allocation.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.26
no.9
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pp.1340-1346
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2022
In this paper, we consider a downlink non-orthogonal multiple access (NOMA) using multiple transmit antennas, where the transmit antenna selection scheme is used to reduce the system complexity. Thus, in this paper, we propose radio resource allocation and receiver selection schemes in order to improve the outage probability performance of the downlink NOMA system using the transmit antenna selection scheme. In particular, the receiver selection scheme is a method of grouping the receivers to improve the outage probability performance, and the radio resource allocation scheme is a method of allocating radio resources to each group in order to enhance the outage probability performance. In addition, through the computer simulation under the assumption of independent Rayleigh fading channels, we show that the proposed radio resource allocation and receiver selection schemes can improve the outage probability performance at the expense of the sum rate performance.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.26
no.7
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pp.1040-1046
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2022
In this paper, we consider a system with massive user equipments (UEs) in a cell and assume path loss and Rayleigh fading channels between the base station (BS) and UEs. In addition, it is assumed that the system bandwidth consists of multiple identical frequency subchannels. Under such assumptions, we propose a channel state information (CSI) feedback scheme and a resource allocation scheme for non-orthogonal multiple access (NOMA) transmission in order to reduce the feedback overhead of CSI generated by massive UEs and to reduce the complexity of resource allocation. In particular, for the proposed schemes, we analyze the sum data rate achievable by massive UEs in a cell and the outage probability with which the UEs in a cell do not meet the target data rate. Through the simulation results, we show that the proposed schemes can provide the superior outage probability, although it degrades the average sum data rate.
Non-orthogonal multiple access (NOMA) has been considered for the fifth generation (5G) mobile networks to provide high system capacity and low latency. We calculate the channel capacity for the weak channel user in NOMA and the channel capacity region for NOMA. In this paper, Gaussian mixture channel is compared to the additive white Gaussian noise (AWGN) channel. Gaussian mixture channel is modeled when we assume the practical signal modulation for the inter user interference, such as the binary phase shift keying (BPSK) modulation. It is shown that the channel capacity with BPSK inter user interference is better than that with Gaussian inter user interference. We also show that the channel capacity region with BPSK inter user interference is larger than that with Gaussian inter user interference. As a result, NOMA could perform better in the practical environments.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.24
no.9
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pp.1241-1244
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2020
In this paper, we consider a downlink non-orthogonal multiple access system with a base station and N mobile stations, where we assume that instantaneous channel state information (CSI) is available at the base station. A power allocation scheme is proposed to achieve perfect fairness, which means equal data rates for all mobile stations. However, the power allocation scheme using full CSI requires high complexity. Hence, a simple power allocation scheme with low complexity is proposed by using high signal-to-noise power ratio (SNR) approximation. The simple power allocation scheme can achieve perfect fairness only for high SNR. However, it needs only the best CSI and the simple procedure to obtain power allocation coefficients. From simulation results, we show that the simple power allocation scheme provides remarkable fairness performance at high SNR.
International journal of advanced smart convergence
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v.9
no.4
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pp.34-41
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2020
Nowadays, the advanced smart convergences of the artificial intelligence (AI) and the internet of things (IoT) have been more and more important, in the fifth generation (5G) and beyond 5G (B5G) mobile communication. In 5G and B5G mobile networks, non-orthogonal multiple access (NOMA) has been extensively investigated as one of the most promising multiple access (MA) technologies. In this paper, we investigate the achievable data rate for the asymmetric binary pulse amplitude modulation (2PAM), in non-orthogonal multiple access (NOMA). First, we derive the closed-form expression for the achievable data rate of the asymmetric 2PAM NOMA. Then it is shown that the achievable data rate of the asymmetric 2PAM NOMA reduces for the stronger channel user over the entire range of power allocation, whereas the achievable data rate of the asymmetric 2PAM NOMA increases for the weaker channel user improves over the power allocation range less than 50%. We also show that the sum rate of the asymmetric 2PAM NOMA is larger than that of the conventional standard 2PAM NOMA, over the power allocation range larger than 25%. In result, the asymmetric 2PAM could be a promising modulation scheme for NOMA of 5G systems, with the proper power allocation.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.4
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pp.1837-1860
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2020
We propose a general framework for studying resource allocation problem and the tradeoff between spectral efficiency (SE) and energy efficiency (EE) for downlink traffic in power domain-non-orthogonal multiple access (PD-NOMA) and device to device (D2D) based heterogeneous cloud radio access networks (H-CRANs) under imperfect channel state information (CSI). The aim is jointly optimize radio remote head (RRH) selection, spectrum allocation and power control, which is formulated as a multi-objective optimization (MOO) problem that can be solved with weighted Tchebycheff method. We propose a low-complexity algorithm to solve user association, spectrum allocation and power coordination separately. We first compute the CSI for RRHs. Then we study allocating the cell users (CUs) and D2D groups to different subchannels by constructing a bipartite graph and Hungrarian algorithm. To solve the power control and EE-SE tradeoff problems, we decompose the target function into two subproblems. Then, we utilize successive convex program approach to lower the computational complexity. Moreover, we use Lagrangian method and KKT conditions to find the global optimum with low complexity, and get a fast convergence by subgradient method. Numerical simulation results demonstrate that by using PD-NOMA technique and H-CRAN with D2D communications, the system gets good EE-SE tradeoff performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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