بهينه سازي منابع براي سيستم دسترسي چندگانه غير متعامد در شبكه هاي موبايلي سبز

Resource Optimization for the Non-Orthogonal Multiple Access System in Green Mobile Networks

دسترسي چندگانه غير متعامد (NOMA) به‌عنوان يكي از تكنيك‌هاي كليدي در شبكه‌هاي موبايلي نسل جديد مطرح هست كه با استفاده از روش حذف تداخل به‌صورت متوالي (SIC)، مي‌تواند بهره‌وري طيفي را بهبود ببخشد. با اين روش، كاربران مي‌توانند از كانال مشترك استفاده كنند. استفاده بهينه از منابع طيفي و تواني و نيز گروه‌بندي كارآمد كاربران جزو جنبه‌هاي مهم شبكه‌هاي مخابراتي سبز NOMA هستند. در اين مقاله، فرض مي‌كنيم كاربران مختلف بر اساس بهره كانال خود، در سه ناحيه نزديك، مياني و دور نسبت به ايستگاه پايه در يك سلول پراكنده شده‌اند. براي دوري از بروز تداخل و SIC ناقص در استفاده هم‌زمان از مزيت‌هاي NOMA، سناريويي شامل گروه‌بندي سه كاربري در نظر مي‌گيريم. صرفه-جويي در منابع طيفي و تواني از ويژگي‌هاي سناريوي NOMA سبز هست. در ادامه با هدف تخصيص بهينه منابع در شبكه سلولي NOMA، مسئله بهينه‌سازي ضرايب اختصاصي توان به كاربران را تحت افزايش گذردهي كلي سيستم پيشنهاد مي‌كنيم. با اختصاص مناسب توان به ايستگاه پايه و كاربران، مي‌توان مصرف توان را بهينه كرد و با توان معيني، بهره‌وري مطلوبي در شبكه سلولي فراهم آورد. براي يافتن ضرايب بهينه اختصاصي توان به كاربران، به اثبات مقعر/محدب بودن مسئله بهينه‌سازي مي‌پردازيم، سپس از Lagrangian و شرايط KKT استفاده مي‌كنيم. مطابق با نتايج به دست آمده، طرح پيشنهادي بهبود 6.97 درصدي در SNR هاي پايين و بهبود يك درصدي در SNR هاي بالا نسبت به NOMA با ضرايب توان ثابت، از نظر ظرفيت كلي فراهم مي آورد.

Non-orthogonal multiple access (NOMA) as one of the key techniques is nominated in new generation of mobile networks that can improve spectral efficiency by using the successive interference cancellation (SIC) method. By this method, users can use a shared channel. Optimal use of spectral and power resources as well as efficient users clustering are important aspects of green NOMA communication networks. In this paper, we assume different users based on their channel gains are dispersed in three near, middle, and far areas to the base station in a cell. To avoid interference and imperfect SIC at the use of NOMA benefits simultaneously, we consider a scenario including grouping of three users. Saving spectral and power resources is the feature of the green NOMA scenario. In the following, with the aim of optimal resource allocation in the NOMA cellular network, we propose the optimization problem of power allocation coefficients to users under increasing the overall system throughput. Power consumption can be optimized by properly allocating power to the base station and users, and with a certain power, can provide a desirable efficiency in the cellular network. To find the optimal power allocation coefficients to users, we prove that the optimization problem is concave/convex, then we apply Lagrangian and KKT conditions. According to the achieved results, the proposed scheme provides a 6.97% improvement in low SNRs and a 1% improvement in high SNRs compared to NOMA with constant power coefficients in terms of the sum capacity.