بهينه‌سازي توأم اختصاص توان در يك شبكه‌ مخابرات همكارانه با استفاده از دسترسي چندگانه غيرمتعامد

Power Allocation Optimization of cooperative communication systems with Non-Orthogonal Multiple Access

در اين مقاله يك شبكه فراسو با دو كاربر به ترتيب در نقش فرستنده و رله، و يك ايستگاه مركزي به عنوان گيرنده در نظر گرفته شده است. هدف اين است كه ضريب بهينه سمبل‌هاي سيگنال‌ غيرمتعامد و اختصاص توان بهينه در منبع-رله به منظور بيشينه كردن متوسط مجموع نرخ در يك سيستم مخابرات همكارانه با استفاده از تكنيك دسترسي چندگانه غيرمتعامد، تعيين شود. براي دستيابي به اين اهداف، ابتدا متوسط مجموع نرخ سيستم مخابرات همكارانه با استفاده از دسترسي چندگانه غيرمتعامد با رله كدگشايي و ارسال، در كانال مستقل رايلي محاسبه گرديد. سپس در گام اول، مسئله بهينه‌سازي ضريب سمبل‌هاي سيگنال‌ غيرمتعامد در اين سيستم به ازاي هر اختصاص تواني به صورت رياضي بيان شده و رابطه بسته‌ براي حل تقريبي آن پيشنهاد شده است. در گام دوم، مسئله بهينه‌سازي اختصاص توان بهينه ارسالي از منبع-رله، به ازاي ضرايب سيگنال‌ مشخص معرفي و حل گرديد. در انتها، مسئله بهينه‌سازي توأم ضريب سمبل‌هاي سيگنال‌ غيرمتعامد و اختصاص توان بررسي مي‌شود و الگوريتمي براي بهينه‌سازي توأم اين دو پارامتر پيشنهاد شده است. الگوريتم پيشنهادي اين مقاله نشان مي‌دهد كه بهينه‌سازي توأم ضريب سمبل‌هاي سيگنال‌ غيرمتعامد و اختصاص توان منجر به دستيابي به متوسط نرخ بالاتري نسبت به بهينه‌سازي جداگانه هر يك از اين پارامترها مي‌شود. همچنين، شبيه‌سازي و نتايج عددي براي تائيد روابط تئوري ارائه گرديده است، كه شبيه‌سازي‌ها بهره dB 3 را براي سيستم بهينه شده توأم با استفاده از الگوريتم پيشنهادي در مقايسه با سيستم غير بهينه نشان مي‌دهند.

In this paper, a downlink network with two users as transmitter and relay, respectively, and a central station as a receiver is considered. The aim is to determine the optimal coefficient of non-orthogonal signal symbols and the optimal power allocation in the source-relay in order to maximize the average total rate in a cooperative communication system using the non-orthogonal multiple access technique. To achieve these goals, the average total rate of the cooperative communication system with non-orthogonal multiple access with decode and forward relay in the independent Rayleigh channel was calculated. Then, in the first step, the optimization problem of the non-orthogonal symbols coefficient is mathematically expressed for each power allocation and a closed form solution is proposed. In the second step, the power allocation optimization for the source-relay was introduced and solved. Finally, the joint optimization problem of the non-orthogonal symbols coefficient and power allocation is investigated and an algorithm proposed for the joint optimization problem. The proposed algorithm shows that the joint optimization of the non-orthogonal symbols coefficient and power allocation achieve a higher average rate than the separate optimization of each of these parameters. Also, simulations and numerical results are presented to confirm the theoretical equation, where the simulations show the 3 dB gain for the optimized system using the proposed algorithm compared to the non-optimized system.