Non orthogonal multiple access verses orthogonal multiple access performance comparison in 5G communication system

• Autorzy: Ahmad Bushra Muhammed , Mahmood Farhad E. , Alsawaf Hiba A.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.01.25

Warianty tytułu

PL

Porównanie wydajności nieortogonalnego wielodostępu w porównaniu z ortogonalnym wielodostępem w systemach komunikacyjnych 5G

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The current generation of mobile networks requires speeding up the steps to meet the future demand for high data rates, and low latency. In 5G, the Third Generation Partnership Project (3GPP) is working to support numerous users and high spectral efficiency via different technologies, such as the Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) scheme. This paper provides a study of NOMA and how NOMA addresses the 5G requirements, ongoing standardization efforts for NOMA, and a comparative study of NOMA with other OMA schemes like orthogonal frequency division multiple access (OFDMA). The results show improved user productivity in NOMA compared to OFDMA. We also proposed a new technique called the multi-tier hybrid NOMAOMA to get the robustness of OMA and the flexibility of NOMA to increase the spectrum efficiency and the number of users. The multi-tier facilitates the user such that to reduce the interference. We also study the impact of several tiers on the capacity, the result shows that five tiers provide the best capacity in multi-tier hybrid NOMAOMA.

PL

Obecna generacja sieci komórkowych wymaga przyspieszenia kroków w celu zaspokojenia przyszłego zapotrzebowania na dużą szybkość transmisji danych i niskie opóźnienia. W ramach 5G, Projekt Partnerstwa Trzeciej Generacji (3GPP) pracuje nad wsparciem wielu użytkowników i wysokiej wydajności widmowej za pomocą różnych technologii, takich jak schemat nieortogonalnego dostępu wielokrotnego (NOMA). Ten artykuł zawiera analizę NOMA i sposobu, w jaki NOMA spełnia wymagania 5G, trwające wysiłki normalizacyjne dla NOMA oraz badanie porównawcze NOMA z innymi schematami OMA, takimi jak wielokrotny dostęp z ortogonalnym podziałem częstotliwości (OFDMA). Wyniki pokazują lepszą produktywność użytkownika w NOMA w porównaniu z OFDMA. Zaproponowaliśmy również nową technikę zwaną wielowarstwową hybrydową NOMAOMA, aby uzyskać solidność OMA i elastyczność NOMA w celu zwiększenia wydajności widma i liczby użytkowników. Wielopoziomowy ułatwia użytkownikowi tak, aby zmniejszyć zakłócenia. Badamy również wpływ kilku warstw na pojemność, wynik pokazuje, że pięć warstw zapewnia najlepszą pojemność w wielowarstwowej hybrydowej NOMAOMA.

Słowa kluczowe

EN

5G; NOMA; MIMO; OFDMA

PL

5G; NOMA; MIMO; OFDM

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 1
• Strony: 129--133
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ahmad Bushra Muhammed

• University of Mosul

• https://orcid.org/0000-0002-5351-9768

autor

Mahmood Farhad E.

• University of Mosul

autor

Alsawaf Hiba A.

• Ninevah University

Bibliografia

• [1] Sang Hoon Lee and Soo Young Shin,” Exploiting non-orthogonal multiple access in device-to-device communication,” Vol. 22, No. 2, May 2021, pp. 919~926 ISSN: 2502-4752, DOI: 10.11591/ijeecs.v22.i2.pp919-926.
• [2] C.-X. Wang, F. Haider, X. Gao, X.-H. You, Y. Yang, D. Yuan, H. Aggoune, H. Haas, S. Fletcher, and E. Hepsaydir, “Cellular architecture and key technologies for 5g wireless communication networks,” IEEE Communications Magazine, vol. 52, no. 2, pp. 122–130, Feb. 2014. doi: 10.1109/MCOM.2014.6736752.
• [3] M. Shirvanimoghaddam, M. Dohler, and S. Johnson, “Massive Non-Orthogonal Multiple Access for Cellular IoT: Potentials andLimitations,” IEEE Communications Magazine, vol. 55, no. 9, pp. 55–61, 2017. doi: 10.1109/MCOM.2017.1600618.
• [4] J. G. Andrews, S. Buzzi, W. Choi, S. V. Hanly, A. Lozano, A. C. K. Soong, and J. C. Zhang, “What Will 5g Be?” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 32, no. 6, pp. 1065–1082, Jun. 2014. doi: 10.1109/JSAC.2014.2328098.
• [5] Ayman Mohammed Ibrahim, Imran Mohd Ibrahim, Noor Azwan Shairi, “Review Isolation Techniques of the MIMO Antennas for Sub-6,” PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY 2021, No. 1, doi:10.15199/48.2021.01.01.
• [6] Y. Saito, Y. Kishiyama, A. Benjebbour, T. Nakamura, A. Li, and K. Higuchi, “Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) for Cellular Future Radio Access,” in 2013 IEEE 77th Vehicular Technology Conference (VTC Spring). Dresden, Germany: IEEE, Jun. 2013. doi: 10.1109/VTCSpring.2013.6692652. ISBN 978-1-4673-6337-2 pp. 1–5.
• [7] S. M. R. Islam, N. Avazov, O. A. Dobre, and K.-s. Kwak, “Power-Domain Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) in 5g Systems: Potentials and Challenges,” IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 19, no. 2, pp. 721–742, 2017. doi: 10.1109/COMST.2016.2621116.
• [8] Yunus Dursun, Kaidi Wang and Zhiguo Ding,'' maximization for a MIMO-NOMA uplink transmission in 6G networks", 2022, Vol. 53. https://doi.org/10.1016/j.phycom.2022.101675.
• [9] Norshidah Katiran, Shaharil Mohd Shah, Noorsaliza Abdullah,Aimi Syamimi Abdul Ghaffar and Faiz Asraf Saparudin, “Investigation on the BER performance of downlink JT-CoMP-NOMA with different modulation schemes,” Vol. 20, No. 3, December 2020, pp. 1309~1314 ISSN:2502-4752. DOI:10.11591/ijeecs.v20.i3.pp1309-1314.
• [10] Duy Hung Ha0, Dac-Binh Ha, Van-Truong Truong, Van-Duc Phan and Q. S. Vu, “Performance enhancement of wireless sensor network by using non-orthogonal multiple access and sensor node selection schemes,” Vol. 21, No. 2, February 2021, pp. 886~894 ISSN: 2502-4752, DOI: 10.11591/ijeecs.v21.i2.pp886-894.
• [11] Ayad Q. Abdulkareem, Ziad Qais Al-Abbasi, Mustafa Nadhim Ghazal and Khalid Awaad Humood, “The Impact of User-Pairing on the Performance of Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) System”, Diyala journal of Engineering Sciences, 2022, Vol.15. No.1, DOI: https://doi.org/10.24237/djes.2022.15108.
• [12] Quanjin Liu, Jianlan Wu, Langtao Hu, Songjiao Bi, Wen Ji and Rui Yang,"Optimal Energy Efficiency Used DDPG in IRS-NOMA Wireless Communications",Symmetry, 2022, vol.14. https://doi.org/10.3390/sym14051018.
• [13] Asi, Ban A., and Farhad E. Mohmood. "Beam Tracking Channel for Millimeter-Wave Communication System Using Least Mean Square Algorithm." Al-Rafidain Engineering Journal (AREJ) 26.2 (2021): 118-123.
• [14] Z. Ding, X. Lei, G. K. Karagiannidis, R. Schober, J. Yuan, and V. K. Bhargava, “A Survey on Non-Orthogonal Multiple Access for 5g Networks: Research Challenges and Future Trends,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 35, no. 10, pp. 2181–2195, Oct. 2017. doi: 10.1109/JSAC.2017.2725519.
• [15] Y. Liu, Z. Qin, M. Elkashlan, Z. Ding, A. Nallanathan, and L. Hanzo, “Non-Orthogonal Multiple Access for 5g and Beyond,” arXiv:1808.00277 [cs, math], Aug. 2018.
• [16] L. Dai, B. Wang, Y. Yuan, S. Han, C.-l. I, and Z. Wang, “Non-orthogonal multiple access for 5g: solutions, challenges, opportunities, and future research trends,” IEEE Communications Magazine, vol. 53, no. 9, pp. 74–81, Sep. 2015. doi: 10.1109/MCOM.2015.7263349.
• [17] T. Cover, “Broadcast channels,” IEEE Transactions on Information Theory, vol. 18, no. 1, pp. 2–14, Jan. 1972. doi: 10.1109/TIT.1972.1054727.
• [18] J. Andrews, “Modulation, coding and signal processing for wireless communications - Interference cancellation for cellular systems: a contemporary overview,” IEEE Wireless Communications, vol. 12, no. 2, pp. 19–29, Apr. 2005. doi: 10.1109/MWC.2005.1421925.
• [19] H. Tabassum, M. S. Ali, E. Hossain, M. J. Hossain, and D. I. Kim, “Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) in Cellular Uplink and Downlink: Challenges and Enabling Techniques,” arXiv:1608.05783 [cs, math], Aug. 2016.
• [20] Z. Ding, P. Fan, and H. V. Poor, “Impact of User Pairing on 5g Non-Orthogonal Multiple Access,” arXiv:1412.2799 [cs, math], Dec. 2014.
• [21] K. Senel, H. V. Cheng, E. Bjrnson, and E. G. Larsson, “What Role Can NOMA Play in Massive MIMO?” arXiv:1809.07072 [cs, math], Sep. 2018.
• [22] L. Wang, E. Sasoglu, B. Bandemer, and Y.-H. Kim, “A comparison of superposition coding schemes,” in 2013 IEEE International Symposium on Information Theory. Istanbul, Turkey: IEEE, Jul. 2013. doi: 10.1109/ISIT.2013.6620770. ISBN 978-1-4799-0446-4 pp. 2970–2974.
• [23] A. Carleial, “Interference channels,” IEEE Transactions onInformation Theory, vol. 24, no. 1, pp. 60–70, Jan. 1978. doi: 10.1109/TIT.1978.1055812.
• [24] A. Grant, B. Rimoldi, R. Urbanke, and P. Whiting, “Rate-splitting multiple access for discrete memoryless channels,” IEEE Transactions on Information Theory, vol. 47, no. 3, pp. 873–890, Mar. 2001. doi: 10.1109/18.915637.
• [25] T. Cover and A. Gamal, “Capacity theorems for the relay channel,” IEEE Transactions on Information Theory, vol. 25, no. 5, pp. 572–584, Sep. 1979. doi: 10.1109/TIT.1979.1056084.HY.
• [26] R. Chandrasekhar, R. Navya, P. K. Kumari, K. Kausal, V. Bharathi, and P. Singh, "Performance evaluation of mimo-noma for the next generation wireless communications," in 2021 3rd International Conference on Signal Processing and Communication (ICPSC), 2021, pp. 631-636.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).