Научная статья на тему 'Метод множественного доступа с разделением каналов по мощности на ортогональных несущих'

Метод множественного доступа с разделением каналов по мощности на ортогональных несущих Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
1595
203
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
метод множественного доступа / мультиплексирование каналов / PD-NOMA / OFDMA / 5G / система мобильной связи / распределение мощности / пропускная способность канала / multiple access method / multiplexing channels / PD-NOMA / OFDMA / 5G / a mobile communication system / power distribution / channel capacity

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Крюков Яков Владимирович, Демидов Анатолий Яковлевич, Покаместов Дмитрий Алексеевич

Одним из жестких требований к мобильным системам связи пятого поколения является обеспечение высокой скорости передачи в восходящем и нисходящем каналах. Для достижения высокой скорости передачи требуется многократно повысить эффективность использования физического частотновременной ресурса, доступного для передачи сигнала в определенной системе связи. Для наиболее эффективной работы системы связи необходимо распределять ресурс между пользователями так, чтобы он использовался каждым пользователем максимально эффективно. Рассматривается метод множественного доступа, основанный на разделении пользовательских каналов по мощности на ортогональных несущих, который является комбинацией метода ортогонального частотного разделения каналов OFDMA и метода разделения каналов по мощности PD-NOMA, который был предложен разработчиками систем связи пятого поколения. Метод PD-NOMA предполагает использование мощностного домена для разделения каналов. Пользовательские каналы физически размещаются в едином частотно-временном ресурсе, но имеют отличную друг от друга мощность. Особенностью PD/OFDMA является использование преимуществ OFDMA и PD-NOMA, что позволяет увеличить спектральную эффективность используемой полосы частот. Предложена структурная схема формирования и обработки сигнала PD/OFDMA. Демодуляция сигнала основана на методе последовательного подавления помех. Приведен результат математического моделирования, демонстрирующий эффективность предложенного метода. Математическая модель основана на расчете и сравнении пропускной способности систем OFDMA и PD/OFDMA при случайном распределении абонентов в пределах зоны обслуживания базовой станции. Показано, что предложенный метод мультиплексирования обеспечивает большую системную пропускную способность канала по сравнению с OFDMA. Показано, что при увеличении мультиплексированных абонентских каналов растет выигрыш от использования предложенного метода. Продемонстрировано, что при увеличении радиуса зоны обслуживания базовой станции при фиксированном количестве мультиплексированных абонентских каналов растет выигрыш от PD/OFDMA. Метод PD/OFDMA может быть использован в физическом уровне мобильных систем связи пятого поколения для реализации многоканальной связи.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Крюков Яков Владимирович, Демидов Анатолий Яковлевич, Покаместов Дмитрий Алексеевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MULTIPLE ACCESS METHOD WITH POWER DIVISION CHANNELS ON ORTHOGONAL FREQUENCIES

This paper considers multiple access method based on the multiplexing of the user channels power of orthogonal frequencies. This method is a combination of the method of separation of channels for orthogonal frequency OFDMA and the method of separation of channels power PD-NOMA, which was proposed by developers of communication systems of the fifth generation and allows to increase the spectral efficiency of is-use of the frequency band. The proposed structural scheme of the formation and signal dem odulation. Given the result of the mathematical modeling demonstrating the effectiveness of the proposed method. It is shown that the proposed method of multiplexing provides greater system bandwidth compared to OFDMA.

Текст научной работы на тему «Метод множественного доступа с разделением каналов по мощности на ортогональных несущих»

МЕТОД МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА С РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ ПО МОЩНОСТИ НА ОРТОГОНАЛЬНЫХ НЕСУЩИХ

Крюков Яков Владимирович, DOI 10.24411/2072-8735-2018-10003

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, г. Томск, Россия, kryukov.tusur@gmail.com

Демидов Анатолий Яковлевич,

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, г. Томск, Россия, DemidovAY@tor.tusur.ru

Покаместов Дмитрий Алексеевич,

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, г. Томск, Россия, dmaltomsk@mail.ru

Работа выполнена при финансовой поддержке фонда содействия инновациям, конкурс У.М.Н.И.К., договор 9941ГУ/2015

Ключевые слова: метод множественного доступа, мультиплексирование каналов, PD-NOMA, OFDMA, 5G, система мобильной связи, распределение мощности, пропускная способность канала.

Одним из жестких требований к мобильным системам связи пятого поколения является обеспечение высокой скорости передачи в восходящем и нисходящем каналах. Для достижения высокой скорости передачи требуется многократно повысить эффективность использования физического частотно-временной ресурса, доступного для передачи сигнала в определенной системе связи. Для наиболее эффективной работы системы связи необходимо распределять ресурс между пользователями так, чтобы он использовался каждым пользователем максимально эффективно. Рассматривается метод множественного доступа, основанный на разделении пользовательских каналов по мощности на ортогональных несущих, который является комбинацией метода ортогонального частотного разделения каналов OFDMA и метода разделения каналов по мощности PD-NOMA, который был предложен разработчиками систем связи пятого поколения. Метод PD-NOMA предполагает использование мощ-ностного домена для разделения каналов. Пользовательские каналы физически размещаются в едином частотно-временном ресурсе, но имеют отличную друг от друга мощность. Особенностью PD/OFDMA является использование преимуществ OFDMA и PD-NOMA, что позволяет увеличить спектральную эффективность используемой полосы частот. Предложена структурная схема формирования и обработки сигнала PD/OFDMA. Демодуляция сигнала основана на методе последовательного подавления помех. Приведен результат математического моделирования, демонстрирующий эффективность предложенного метода. Математическая модель основана на расчете и сравнении пропускной способности систем OFDMA и PD/OFDMA при случайном распределении абонентов в пределах зоны обслуживания базовой станции. Показано, что предложенный метод мультиплексирования обеспечивает большую системную пропускную способность канала по сравнению с OFDMA. Показано, что при увеличении мультиплексированных абонентских каналов растет выигрыш от использования предложенного метода. Продемонстрировано, что при увеличении радиуса зоны обслуживания базовой станции при фиксированном количестве мультиплексированных абонентских каналов растет выигрыш от PD/OFDMA. Метод PD/OFDMA может быть использован в физическом уровне мобильных систем связи пятого поколения для реализации многоканальной связи.

Информация об авторах:

Крюков Яков Владимирович, аспирант, ассистент кафедры телекоммуникаций и основ радиотехники, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, г. Томск, Россия

Демидов Анатолий Яковлевич, к.ф.-м.н, доцент, кафедры телекоммуникаций и основ радиотехники, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, г. Томск, Россия

Покаместов Дмитрий Алексеевич, аспирант, ассистент кафедры телекоммуникаций и основ радиотехники, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, г. Томск, Россия

Для цитирования:

Крюков Я.В., Демидов А.Я., Покаместов Д.А. Метод множественного доступа с разделением каналов по мощности на ортогональных несущих // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2018. Том 12. №1. С. 17-22.

For citation:

Krukov Ya.V., Demidov A.Ya., Pokamestov D.A. (2018). Multiple access method with power division channels on orthogonal frequencies. T-Comm, vol. 12, no.1, pр. 17-22. (in Russian)

г ГТ

Введение

Мировой объем мобильного интернет-трафика 'экспоненциально растет с каждым годом. Связано это с увеличением количества мобильных устройств и возрастанием количества интернет-услуг и их качества. В связи с -этим используемые частотные диапазоны оказываются перегруженными и не всегда могут удовлетворить всем пользователям в сети. Решением этой проблемы частично является увеличение частотного диапазона мобильной сеш. Например, в LTE-Advanced предусмотрено объединение частотного диапазона вплоть до 100 МГц. Однако, невозможно бесконечно увеличивать используемую полосу по ряду физических и технических ограничений.

Другим решением проблемы становится увеличение эффективности использования полосы частот. Именно на этом направлении сосредоточены основные силы разработчиков будущих систем связи. На конференции ITU-2020 [1, 2] были обозначены основные направления развития физических технологии мобильных систем. Среди всех направлений можно выделить новые методы множественного доступа, такие как метод множественного доступа на основе разреженных колов SCMA (Sparse Code Multiple Access) |3, 4] и группу методов н с ортогонально го множественного доступа NOMA (Non-orthogonal Multiple Access), основанную на разделении пользовательских каналов по мощности сигнала [5-9], Данный метод мультиплексирования имеет различное название в разных зарубежных источниках. В работе используется обозначение PD-NOMA {Power Division NonOrthogonal Multiple Access - неортогональный метод множественного доступа с разделением по мощности).

В настоящее время несколькими группами разработчиков ведутся работы в направлении PD-NOMA. Подавляющее большинство работ в открытом доступе являются обзорными. Можно выделить несколько перспективных направлений, касающихся PD-NOMA: объединение технологии PD-NOMA и Massive MIMO 110]; Coopérative NOMA [11]; объединение технологий SCMA и PD-NOMA, В данной работе рассматривается еще одно перспективное направление — использования метода PD-NOMA совместно с методом OFDMA. Предложена схема алгоритма формирования и обработки сигнала, а также продемонстрирована эффективность метола,

1. Метод неортогонального множественного доступа

с разделением каналов но мощности PD-NOMA

Метод не ортогонально го множественного доступа С разделением каналов по мощности PD-NOMA предполагает использование мощностного домена для разделения каналов. Пользовательские каналы физически размещаются в едином частотно-временном ресурсе (ЧВР), но имеют отличную друг от друга мощность (рис. 1}. Энергетический и частотно-временной ресурс, выделенный каждому каналу связи, определяет помехоустойчивость и пропускную способностью этого канала.

Пусть базовой станции требуется организовать канал связи с несколькими пользовательскими устройствами, используя ограниченный ЧВР. Полезная мощность сигнала в точке приема каждого пользователя будет отличаться из-за разных параметров канала распространения радиоволн (РРВ).

Частота

Рис. 1. Мультиплексирование PD-NOMA

Идея PD-NOMA заключается в том, чтобы использовать это различие не только для регулирования мощности излучения, но и для мультиплексирования каналов. Пользователю с меньшим отношением сигнал/шум (ОСШ) на входе демодулятора выделяется большая доля мощности излучения, а каналу с большим OC1U — меньшая доля. При этом общий излучаемый сигнал является суперпозицией всех пользовательских сигналов.

Рассмотрим формирование сигнала PD-NOMA нисходящего потока (Downlink), который содержит в себе К пользовательских каналов. Пусть Хк - вектор канальных символов к-го канала, а рк — парциальная мощность А-го канала. Назовем каналы с мощностью р> рк - каналами верхнего уровня, а каналы с мощностью р < рк - каналами нижнего уровня относительно к-го канала. Тогда общий транспортный сигнал S формируется по следующему правилу: К

I 4Рк-*к

¿=i (1)

Структурная схема канала передачи PD-NOMA сигнала изображена на рис. 2. Сигнал Zk на входе А'-го абонента представляет собой транспортный сигнал S, прошедший через к-й индивидуальный канал распространения радиоволн:

Zk = Hk®S + Nk

где Zk — сигнальный вектор на входе к-го приемника, S - сигнальный вектор на выходе передатчика, Нк - вектор значений импульсной характеристики капала передачи, Nk -вектор отчетов аддитивной помеха, а @ - операция свертки.

На приемной стороне обработка PD-NOMA сигнала осуществляется методом последовательного подавления помех SIC (Serial Interference Cancellation) 112].

UE,

z,

Деиод. I

сКВ s Zt UE,

F, .

SIC,

Л;

Лечол,2

а,

UEi

SIC,

SIC:

siCi.

ДвЫОД i

Xk

tÏMLOKdl'

SINR

Низкое

Рис. 2, Структурная схема канала передачи РР-ЫОМЛ

2. Метод множественного доступа с разделением каналов но мощности на ортогональных несущих РВ/ОТОМА

При использовании метода РО^ОМА в мобильных системах связи возникает ряд трудностей. Увеличение вычислительных затрат при многоступенчатой обработке сигнала

m

и погрешность оценки каната передачи делают мультиплексирование большого количества абонентов невозможной задачей. Поэтому аппаратная реализация алгоритма PD-NOMA в "чистом виде" нецелесообразна. В этой ситуации выгодным решением является применение метода PD-NOMA на базе OFDMA.

Комбинация PD-NOMA и О FDM А может способствовать увеличению спектральной эффективности относительно OFDMA, OFDMA позволяет гибко распределять ЧВР между пользователями, эффективно бороться с межсимвольной интерференцией и достаточно просто производить процедуру эквалайзирования, a PD-NOMA позволяет эффективно распределять энергетический ресурс между каналами, основываясь на оценке трассы РРВ, В трехмерном пространстве (мощность-время-частота) распределение частотно-временного и энергетического ресурсов для 4-х каналов методом PD/OFDMA представлено на рис. 3.

о -

о

s

PD-NOMA

ОГ DM модуляция

_PD LIE.

PD UEk :

PD,UEK

4-

ОБПФ Добэел S ЦАП /

ЦП СВЧ

г,

Кодир. Мод.

xt

Распределение мощности

■MM*

Формирование PD-NOMA канала

Распред. поднесут

передачи и оценки состоянии канала РРВ, полученной по каналу обратной связи. Вектор 7« символов к-го РП-ЫОМА канала:

:=-JPk'Xk

Парциальные символы модуляции распределяются по поднесущим в соответствии с правилом размещения ОР0МА, образуя вектор /?*. Массивы распределенных по поднесу щи м парциальных символов модуляции каналов всех пользователей поступают на вход сумматора, где происходит операция сложения амплитуд. Каналы после РЭ-ЫОМА уплотнения можно представить следующим образом:

Л^ь^ВД Ш-Ярут

где Т^пт - размерность преобразования Фурье, а / - номер поднес у щей.

Дальнейшие процедуры формирования сигнала выполняются согласно схеме О Р О М - м одул я ц и и. Вектор отсчетов поступает на блок обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ), который формирует временные отсчеты РО/ОРОМА-символа. Мосле добавления циклического префикса (ЦП) РО/ОЕОМА-символ поступает в блок цифро-аналогового преобразования и СВЧ тракт. Отчеты Р 0/0 РЭМ А символа с циклическим префиксом:

Частота

Рис. 3. Мультиплексирование Р О/ОГО М Л

Использование РЭ-Тч'ОМА на базе О РЭМ А образует метод множественного доступа с разделением пользовательских каналов по мощности на ортогональных гармонических несущих РО/ОЕОМА. Уплотнение но мощности и формирование канальных символов происходит по схеме РО-ЫОМА, а распределение канальных символов в частотном ресурсе происходит по классической схеме ОРОМА. Алгоритм формирования представлен в виде структурной схемы на рис. 4.

N

SÇt) =

FFT

I

Ы

J2nlâf(t-Ncp-\/Vs)

Рис. 4. Формирование РО/ОРОМА

Биты Вк к-го пользователя кодируются и модулируются, образуя кодовую последовательность Ск, которая поступает на входе квадратурного модулятора. Символы модуляции Хь поступают на блок распределения по мощности, где перемножаются с парциальной мощностью канала формируя парциальные символы модуляции Парциальная мощность рассчитывается, основываясь на требуемой скорости

где WCP- количество отсчетов ЦП, Fs— частота дискретизации, А/- частотное расстояние между подпесущими.

На приемной стороне А-го пользователя обработка PD/OFDMA сигнала начинается с ОFDM-демодуляции. Сигнал проходит СВЧ тракт, дискретизуется и устраняется циклический префикс. Вектор отсчетов S поступает на вход БР1Ф, на выходе которого формируются спектральные отсчеты PD/OFDMA-символа. Эквалайзер исправляет искажения, вызванные каналом РРВ, после чего из спектра PD/OFDMA-символа селектируются подиесущие, содержащие парциальные символы модуляции к-то абонента и поступают в SIC-демодулятор.

Для компенсации канала верхнего уровня предварительно происходит его демодуляция и регенерация, т.е. восстановление в таком виде, в котором он был сформирован в передатчике. Для этого зребуется демодулировать и декодировать канальные символы. Декодированные биты канала верхнего уровня вновь кодируются и модулируются, перемножаются с весовыми коэффицие!ггами ^fp^ в блоке PD (Power Division)

и вычитаются из общего сигнала в компенсаторе.

Операции декодирования и кодирования не являются обязательными при регенерации канала верхнего уровня, однако, они позволяют исправить некоторое количество битовых ошибок и точнее регенерировать сигнал, затратив на это дополнительную вычислительную мощность.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

По цепочке компенсируются ]...£-! каналы верхнего уровня, а Аг-ый канал демодулируется на фоне системной помехи каналов к + \...К нижнего уровня и АБГШ (собственных шумов приемника). Структурная схема обработки PD/OFDMA изображена на рис. 5.

г гт

OFDM Демодуляция

свч/ S Удален. БПФ Я, Эква- Изалеч. Я,™ SIC

АЦП ЦП лайзер UE,

SIC Демодуляция

R :

SIC UE, R? - SiC UEj

R", SICLTE^ m<k

zf

Демод. UE|

Демод. Декодир. Кодир. Мод ] PD

Компенс

KL

CPDlOFDhtA-]

I M-£-iog,(l+—— ) K Vv'ZiLi P»+Nw

N..

1 <m<M

m—M

\<v<V

C?FD№=£'log2(l+^) I <k<K

Nt

частотно-временном ресурсе (количество слоев), р - р,„ ~ мощность канала О FDM А.

Величина i определяет иыш рыш пропускной способности системы PD/OFDMA относительно системы OFDMA и рассчитывается согласно:

-M rPD!OFDMA л

v К „ОFDM А

Рис. 5. Обработка PD/OFDMA

3. Результаты моделирования

Для сравнения пропускной способности С систем PD/OFDMA и OFDMA проведено имитационное моделирование для сценария, когда К пользовательских устройств случайно располагаются на расстоянии Dmm < d < Dnm в зоне обслуживания узловой станции при нормальном законе распределения d. Требуется организовать нисходящий (Downlink) канал связи со всеми пользователями, располагая полосой передачи F и мощностью излучения Р. Вероятность нахождения пользователя вблизи (14-50м) узловой станции невелика, поэтому Dmm = 50м.

Характеристика канала РРВ индивидуальна для каждого пользователя. Распределение расстояний d] < dk< dK в первом приближении обеспечит распределение коэффициентов ослабления щ > щ > а^. Уровень спектральной плотности мощности АБГШ одинаковый для всех каналов -100 дБ/Гц.

При мультиплексировании методом OFDM А весь частотный ресурс F распределяется поровну между К абонентами, а Р - мощность каждого канала в выделенной полосе F/K, При мультиплексировании PD/OFDMA весь частотный ресурс распределяется поровну между группами из М (2-х или 3-х) уплотняемых по мощности абонентов. Количество образованных групп V = К / М. Общая мощность излучения группы Р в полосе M-F/K такая же, как в OFDMA (рис. 6).

Рассмотрено 3 подхода объединения пользователей в единую группу: объединение далеких друг от друга пользователей, объединение близких друг к дру1"у пользователей и объединение пользователей случайным образом. Выражения для расчета пропускных способностей [13] систем основываются на теореме Шеннона [14]:

Рассмотрим случай при уплотнении по мощности 2-х пользователей (М = 2). Все абоненты разделяются на две группы по К/2 абонентов в каждой - абонентов наиболее близких UEf и далеких UEf от узловой станции. В полосе 2

F/K происходит уплотнение по мощности 2-х каналов по одному из каждой группы UEk и UE'k е мощностями р\ и

р%, при этом < /;,. На рисунке 6 представлено мультиплексирование в OFDMA и PD/OFDMA.

PD/OFDMA

j j mUEi

Щ

OFDMA

Ш

где V - помер группы и от — номер пользователя внутри группы V (для РО/ОРОМА), к - номер пользователя (для ОРГ;>МА), N - мощность АБГШ в канале, а - коэффициент ослабления а канале, р - парциальная мощность канала, р\ — парциальная мощность каналов нижнего уровня / < т, М - количество мультиплексированных каналов в едином

Рис. 6. Рас пределен lie пользователей

На рисунке 7 представлена зависимость величины выигрыша пропускной способности системы PD/OFDMA £ от максимального радиуса зоны обслуживания £>МЛх и от количества пользователей внутри зоны К для трех рассмотренных методик выбора абонентов для уплотнения по мощности внутри группы, где PD/OFDMА(д) - уплотнение дальних, где PD/OFDMA(6) - уплотнение ближних, а PD/OFDMA(c) - уплотнение случайных абонентов.

Результат моделирования показал, что алгоритм объединения но наибольшему среднему расстоянию обеспечивает наибольший выигрыш пропускной способности PD/OFDMA, чем алгоритм случайного объединения и объединения по минимальному среднему расстоянию.

При этом общая пропускная способность системы PD/OFDMA cgDIOFDMA в 1Д5 раз больше, чем общая пропускная способность системы OFDMA (¿OFDMA при радиусе

зоны обслуживания узловой станции Dnax = 2 км и количестве пользователей К = 20.

На рисунке 8 представлена зависимость ¿Шмлх> К = 30) для случаев уплотнения по мощности 2-х (М = 2) и 3-х (М= 3) каналов внутри группы. При увеличении количества уплотняемых по мощности каналов величина f так же растет.

1.2 1,1

PD.'OFDMAU) S * M И 20. 2

/ ---V>D/0F DM Ai e)

//'D/OFDMA(Ô| f К

\OFDMA

Рис. 7. Зависимость выигрыша $ пропускной способности РВ/ОРОМЛ относительно ОРОМА от: а - £>мах при фиксированном К; б-К при фиксированном ОЫЛх

1,3 1,2

1,1 1

0,9

M=1 ____ K= 30

/ ^ \ iW= 2

\OFDMA

0.1 0.5 I 1,5 2 Омлх. км

Рис. 8, Зависимость выигрыша пропускной способности РЭ/ОРОМА ( от Дмлх при К= 30, АМ= 2 й АГ=|

В результате моделирования выявлено, что система РВ/ОРЭМ А имеет лучшую пропускную способность, чем ОРОМА при одинаковом частотно-временном и энергетическом ресурсах. Выигрыш пропускной способности зависит от метода объединения и от количества мультиплексируемых абонентов на ортогональных ОРОМ-поднесущих.

Заключение

В работе рассмотрен метод неортогонального множественного доступа с разделением пользовательских каналов по мощности РО-ЫОМА, который способен обеспечить выигрыш пропускной способности многоканальной системы в сравнении с используемыми в настоящее время ортогональными методами множественного доступа в случае, если мультиплексируемые каналы обладают различным друг от друга отношением сигнал/шум.

Предложен алгоритм формирования и обработки сигналов множественного доступа с разделением пользовательских каналов по мощности на ортогональных несущих. Результат моделирования показал, что применение метода РО/ОРОМА способствует увеличению пропускной способности многоканальной системы связи в 1,25 раз по сравнению с ОРОМА. Выигрыш пропускной способности растет как при увеличении максимального радиуса соты, так и при увеличении количества мулЕ.типлексируемых по мощности каналов.

Литература

1. Marcus M. ./. 5G and "!MT for 2020 and beyond" [Spectrum Policy and Regulatory Issues] // IEEE Wireless Communications. 2015. Vol. 22, no. 4, pp. 2-3.

2. Soldant D.. Manzalini A. Horizon 2020 and beyond: on the 5G operating system for a true digital society // IEEE Vehicular Technology Magazine. 2015. Vol. 10, no. I, pp. 32-42.

3. Покаместов ДА.. Демидов А.Я., Крюков Я.В.. Рогожников Е.В., Абеное P.P.. Формирование и обработка сигналов множественного доступа с разреженным кодом //Электросвязь. 2016. № 10, С 73-78.

4. Пока пестов Д. А., Демидов А Я.. Крюков Я. В. Влияние формирующих матриц на помехозащищенность каналов связи с множественным доступом на основе разреженных кодов / Доклады ТУСУР, 2016. Т. 19, №3. С. 65-69.

5. Benjebbour A. Non-orthogonal multiple access (NOMA): Concept, performance evaluation and experimental trials // Wireless Networks and Mobile Communications (W1NCOM), 2015 International Conference on. IEEE, 2015, pp. 1-6.

6. Kimy B. Non-orthogonal multiple access in a downlink multiuser beamforming system // M1LCOM 2013-2013 IEEE Military Communications Conference. IEEE, 2013, pp. 1278-1283.

I.Dai L. Non-orthogonal multiple access for 5G: solutions, challenges, opportunities, and future research trends // IEEE Communications Magazine. 2015. T. 53, № 9. P. 74-S1.

8. Islam S. M. R. et al. Power-Domain Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) in 5G Systems: Potentials and Challenges // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2016.

9. Zhang J'., Wang #., Yang Q.. Ding Z. Secrecy Sum Rate Maximization in Non-Orthogonal Multiple Access II IEEE Communications Letters. 2016. Vol. 20, no. 5, pp. 930-933.

9. Razavi R.. Dianati M., Imran M. A. Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) for Future Radio Access // 5G Mobile Communications. Springer International Publishing, 2017, pp. 135-163.

10. Qureshi S.. Hassan S. A. M1MO uplink NOMA with successive bandwidth division // Wireless Communications and Networking Conference Workshops (WCNCW), 2016 IEEE. IEEE, 2016, pp. 481-486.

II. Ding Z.. Peng M.. Poor H. V. Cooperative non-orthogonal multiple access in 5G systems // iEEE Communications Letters. 2015. Vol. 19, no. 8, pp. 1462-1465.

12. Patel P.. Holtzman J. Analysis of a simple successive interference cancellation scheme in a DS/CDMA system II IEEE journal on selected areas in communications. 1994. Vol. 12, no. 5, pp. 796-807.

13. Крюков Я.В.. Демидов А.Я., Покаместов Д.А. Алгоритм расчета мощности каналов при неортотональном множественном доступе NOMA / Доклады ТУСУР. 2016. Т. 19, № 4. С. 91-94.

!4. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. М.: Иностранная литература, 1963. 832 с.

г гт

COMMUNICATIONS

MULTIPLE ACCESS METHOD WITH POWER DIVISION CHANNELS ON ORTHOGONAL FREQUENCIES

Yakov V. Krukov, Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, Tomsk, Russia, kryukov.tusur@gmail.com Anatoly Ya. Demidov, Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, Tomsk, Russia, DemidovAY@tor.tusur.ru Dmitry A. Pokamestov, Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, Tomsk, Russia, dmaltomsk@mail.ru

Abstract

This paper considers multiple access method based on the multiplexing of the user channels power of orthogonal frequencies. This method is a combination of the method of separation of channels for orthogonal frequency OFDMA and the method of separation of channels power PD-NOMA, which was proposed by developers of communication systems of the fifth generation and allows to increase the spectral efficiency of is-use of the frequency band. The proposed structural scheme of the formation and signal dem odulation. Given the result of the mathematical modeling demonstrating the effectiveness of the proposed method. It is shown that the proposed method of multiplexing provides greater system bandwidth compared to OFDMA.

Keywords: multiple access method, multiplexing channels, PD-NOMA, OFDMA, 5G, a mobile communication system, power distribution, channel capacity.

References

1. Marcus M. J. (2015). 5G and "IMT for 2020 and beyond" [Spectrum Policy and Regulatory Issues]. IEEE Wireless Communications. Vol. 22, no. 4,

pp. 2-3.

2. Soldani D., Manzalini A. (2015). Horizon 2020 and beyond: on the 5G operating system for a true digital society. IEEE Vehicular Technology Magazine. Vol. 10, no. 1, pp. 32-42.

3. Pokamestov D.A., Demidov A.Ya., Kryukov Ya.V., Rogozhnikov E.V., Abenov R.R. (2016). Formirovanie i obrabotka signalov mnozhestvennogo dos-tupa s razrezhennim kodom. Elektrosvyaz, no. 10, pp. 73-78.

4. Pokamestov D.A., Demidov A.Ya., Kryukov Ya.V. (2016). Vliyanie formiruyushih matris na pomehozashishennost kanalov svyazi s mnozhestvennim dostupom na osnove razrezhennih kodov. Dokladi TUSUR. Vol. 19, no. 3, pp. 65-69.

5. Benjebbour A. (2015). Non-orthogonal multiple access (NOMA): Concept, performance evaluation and experimental trials. Wireless Networks and Mobile Communications (WINCOM), International Conference on. IEEE, 2015, pp. 1-6.

6. Kimy B. (2013). Non-orthogonal multiple access in a downlink multiuser beamforming system. MILCOM 2013-2013 IEEE Military Communications Conference. IEEE, pp. 1278-1283.

7. Dai L. (2015). Non-orthogonal multiple access for 5G: solutions, challenges, opportunities, and future research trends. IEEE Communications Magazine. Vol. 53, no. 9, pp. 74-81.

8. Islam S.M.R. et al. (2016). Power-Domain Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) in 5G Systems: Potentials and Challenges. IEEE Communications Surveys & Tutorials.

9. Zhang Y., Wang H., Yang Q., Ding Z. (2016). Secrecy Sum Rate Maximization in Non-Orthogonal Multiple Access. IEEE Communications Letters. Vol. 20, no. 5, pp. 930-933.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

9. Razavi R., Dianati M., Imran M.A. (2017). Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) for Future Radio Access. 5G Mobile Communications. Springer International Publishing, pp. 135-163.

10. Qureshi S., Hassan S.A. (2016). MIMO uplink NOMA with successive bandwidth division. Wireless Communications and Networking Conference Workshops (WCNCW), IEEE, pp. 481-486.

11. Ding Z., Peng M., Poor H.V. (2015). Cooperative non-orthogonal multiple access in 5G systems. IEEE Communications Letters. Vol. 19, no. 8. pp. 1462-1465.

12. Patel P., Holtzman J. (1994). Analysis of a simple successive interference cancellation scheme in a DS/CDMA system. IEEE journal on selected areas in communications. Vol. 12, no. 5. pp. 796-807.

13. Kryukov Ya.V., Demidov A.Ya., Pokamestov D.A. (2016). Algoritm rascheta moshnosti kanalov pri neortogonalnom mnozhestvennom dostupe NOMA. Dokladi TUSUR. Vol. 19, no 4, pp. 91-94.

14. Shennon K. (1963). Raboti po teorii informasii i kibernetike. Moscow: Inostrannaya literatura. 832 p.

Information about authors:

Yakov V. Krukov, Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, graduate student, Tomsk, Russia

Anatoly Ya. Demidov, Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, associate professor, Tomsk, Russia

Dmitry A. Pokamestov, Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, associate professor, graduate student, Tomsk, Russia

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.