KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.10
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pp.4231-4245
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2020
Non-orthogonal multiple access (NOMA) is widely studied in both academia and industry due to its high spectral efficiency over orthogonal multiple access (OMA). To effectively improve spectrum efficiency, an amplify-and-forward (AF) cooperative NOMA system is proposed as well as a novel detection scheme is proposed, in which we first perform successive interference cancellation (SIC) twice at U1 for the two signals received from two time slots to remove interference from symbol 2, then two new signals apply max ratio combining (MRC). In addition, a closed-form upper bound approximation for the ergodic capacity of our proposed system is derived. Monte-Carlo simulations and numerical analysis illustrate that our proposed system has better ergodic capacity performance than the conventional cooperative NOMA system with decode-forward (DF) relay, the conventional cooperative NOMA system with AF relay and the proposed AF cooperative NOMA system in [16]. In addition, we can see that ergodic capacity of all NOMA cooperative systems increase with the increase of transmit SNR. Finally, simulations display that power allocation coefficients have little effect on ergodic capacity of all NOMA cooperative systems. This is due to this fact that ergodic capacity of two symbols can be complementary with changing of power allocation coefficients.
KIPS Transactions on Computer and Communication Systems
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v.10
no.6
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pp.173-180
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2021
Non Orthogonal Multiple Access (NOMA) is a technology to guarantee the explosively increased Quality of Service(QoS) of users in 5G networks. NOMA can remove the frequent orthogonality in Orthogonal Multiple Access (OMA) while allocating the power differentially to classify user signals. NOMA can guarantee higher communication speed than OMA. However, the NOMA has one disadvantage; it consumes a more energy power when the distance increases. To solve this problem, relay nodes are employed to implement the cooperative NOMA control idea. In a cooperative NOMA network, relay node participations for cooperative communications are essential. In this paper, a new bandwidth allocation scheme is proposed for cooperative NOMA platform. By employing the idea of Vickrey-Clarke-Groves (VCG) mechanism, the proposed scheme can effectively prevent selfishly actions of relay nodes in the cooperative NOMA network. Especially, base stations can pay incentives to relay nodes as much as the contributes of relay nodes. Therefore, the proposed scheme can control the selfish behavior of relay nodes to improve the overall system performance.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.17
no.5
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pp.25-33
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2017
NOMA (Non-orthogonal multiple access) system becoming a strong candidate for 5G cellular system of its high spectral efficiency. This paper considers an optimal power allocation scheme to minimize the outage probability of a user relay based cooperative NOMA system. We first derive the outage probabilities of the relay user (RU) and the destination user (DU) with selection combining. Based on these probabilities, the outage probability of the cooperative NOMA system is obtained. The analytical results are verified by Monte Carlo simulation. It is noticed that the outage probability of cooperative NOMA system has a convex function, the optimum power allocation coefficient, which satisfied the minimum outage probability, is calculated. Numerical examples show that the optimal power allocation coefficient increases with the required capacity of DU. While the capacity of DU is fixed, we noticed that the increase of the required capacity of RU decreases the optimal power allocation coefficient.
In this paper, we propose the opportunistic non-orthogonal multiple access (NOMA)-based cooperative relaying system (CRS) with channel state information (CSI) available at the source, where CSI for the source-to-destination and source-to-relay links is used for opportunistic transmission. Using the CSI, for opportunistic transmission, the source instantaneously chooses between the direct transmission and the cooperative NOMA transmission. We provide an asymptotic expression for the average achievable rate of the opportunistic NOMA-based CRS under Rayleigh fading channels. We verify the asymptotic analysis through Monte Carlo simulations, and compare the average achievable rates of the opportunistic NOMA-based CRS and the conventional one for various channel powers and power allocation coefficients used for NOMA.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.17
no.5
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pp.35-42
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2017
NOMA (Non-orthogonal multiple access) system is the most promising multiple access technology to satisfy the requirements of the spectral efficiency and the performance of 5G cellular systems. NOMA system simultaneously serves multiple users in the power domain, and adapts SIC (Successive interference cancellation) at the receivers to cancel the interference from multiple users. Since in a realistic wireless fading channel the perfect SIC is impossible, the study of the effect of the imperfect SIC to a NOMA system is necessary. This paper considers a cooperative NOMA system with SIC error, and the performance of the system is analytically derived. And the optimum power allocation to minimize the system performance is obtained. When the transmit power is fixed, the distances between a base station and the relay is considered for different SIC errors. The derived analytical results are verified through Monte Carlo simulation, and the results are perfectly matched.
In this work, the secrecy of a typical wireless cooperative dual-hop non-orthogonal multiple access (NOMA)-enabled decode-and-forward (DF) relay network is investigated with the impact of collaborative and non-collaborative eavesdropping. The system model consists of a source that broadcasts the multiplexed signal to two NOMA users via a DF relay, and information security against the eavesdropper nodes is provided by a helpful jammer. The performance metric is secrecy rate and ergodic secrecy capacity is approximated analytically. In addition, a differential evolution algorithm-based power allocation scheme is proposed to find the optimal power allocation factors for relay, jammer, and NOMA users by employing different jamming schemes. Furthermore, the secrecy rate analysis is validated at the NOMA users by adopting different jamming schemes such as without jamming (WJ) or conventional relaying, jamming (J), and with control jamming (CJ). Simulation results demonstrate the superiority of CJ over the J and WJ schemes. Finally, the proposed power allocation outperforms the fixed power allocation under all conditions considered in this work.
The non-orthogonal multiple access (NOMA) technique offers throughput improvement to meet the demands of the future generation of wireless communication networks. The objective of this work is to further improve the throughput by including an underlay cognitive radio network with an existing multi-carrier NOMA network, using cooperative communication. The throughput is maximized by optimal resource allocation, namely, power allocation, subcarrier assignment, relay selection, user pairing, and subcarrier pairing. Optimal power allocation to the primary and secondary users is accomplished in a way that target rate constraints of the primary users are not affected. The throughput maximization is a combinatorial optimization problem, and the computational complexity increases as the number of users and/or subcarriers in the network increases. To this end, to reduce the computational complexity, a dynamic network resource allocation algorithm is proposed for combinatorial optimization. The simulation results show that the proposed network improves the throughput.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.1
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pp.20-39
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2020
This paper considers a downlink multi-carrier cooperative non-orthogonal multiple access (NOMA) transmission, where no direct link exists between the far user and the base station (BS), and the communication between them only relies on the assist of the near user. Firstly, the BS sends a superimposed signal of the far and the near user to the near user, and then the near user adopts simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) to split the received superimposed signal into two portions for energy harvesting and information decoding respectively. Afterwards, the near user forwards the signal of the far user by utilizing the harvested energy. A minimum data is required to ensure the quality of service (QoS) of the far user. We jointly optimize power allocation, subcarrier allocation, time allocation, the power allocation (PA) coefficient and the power splitting (PS) ratio to maximize the number of data bits received at the near user under the energy causality constraint, the minimum data constraint and the transmission power constraint. The block-coordinate descent method and the Lagrange duality method are used to obtain a suboptimal solution of this optimization problem. In the final simulation results, the superiority of the proposed NOMA scheme is confirmed compared with the benchmark NOMA schemes and the orthogonal multiple access (OMA) scheme.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.18
no.5
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pp.69-75
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2018
Recently, Non-orthogonal multiple access (NOMA) has been focused for the next generation multiple access, which has more spectral efficiency under the limited spectrum bandwidth. Moreover, the spectrum efficiency can be improved by cognitive radio in which the unlicensed secondary users can access the spectrum that is used by the licensed primary user under the limited interference. Hence, we consider the combination of NOMA and cognitive radio, and derive the performance of the cognitive cooperative NOMA system. For the cooperation, a relay is selected among near users, and the selection combining is assumed at a far user. The outage probability of the selected relay and the far user is derived in closed-form, respectively. The provided numerical results are matched well with the Monte Carlo simulation. Numerical results showed that the performance of the relay is affected from the power allocation coefficient, the minimum outage probability is observed at 0.86 of the power allocation coefficient for far user under the given conditions. More than 15 dB of signal-to-noise ratio is required to meet the outage probability of $1{\times}10^{-13}$ for the far user with the frequency acquisition probability of 0.5 compared to that of 1. It shows that the performance of the far user is very sensitive to the acquisition probability of the cognitive relay.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.16
no.5
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pp.69-76
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2016
In this paper, we investigate the system performance of a cooperative relaying system of Non-orthogonal multiple access (NOMA) with successive interference cancellation (SIC), which is considered promising application in fifth generation (5G) cellular networks. Previous studies have focused on the selected relays, however we include the maxmin relay selection and derive analytical outage probability of opportunistic incremental relaying systems. For the realistic mobile environment, the distributions of relays are modeled as a homogeneous Poisson point process (PPP). And maximal ratio combining (MRC) is adapted to improve the system performance at the destination node. Analytical results demonstrate the outage probability improves with the near/far user power ratio, and the cooperative relaying scheme can achieve low outage probability in comparison to the no relaying scheme. It is also conformed that the increase of the intensity of PPP cause higher gains of the spacial diversity and hence the performance improves.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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