Registro fonte: NOMA-RA: protocolo de acesso aleatório baseado em múltiplo acesso não ortogonal para MIMO massivo

NOMA-RA: protocolo de acesso aleatório baseado em múltiplo acesso não ortogonal para MIMO massivo

In this thesis, we investigate the random access (RA) problem in a massive MIMO scenario. In 5G networks, devices/users willing to connect to the base station (BS) need to choose a pilot sequence from a set of available orthogonal sequences. However, considering the internet of things (IoT) scenario...

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Autor principal:	Pereira, Hebert Douglas
Formato:	Tese
Idioma:	Inglês
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2022
Assuntos:	Protocolos de acesso múltiplo Internet das coisas Sistemas de telefonia celular Múltiplos sistemas de entrada-saída múltipla Multiple access protocols Internet of things Cell phone systems Multiple input-multiple output systems CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES Engenharia Elétrica
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27985
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id	riut-1-27985
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spelling	riut-1-279852022-04-13T06:07:16Z NOMA-RA: protocolo de acesso aleatório baseado em múltiplo acesso não ortogonal para MIMO massivo NOMA-RA: non-orthogonal multiple access-based random access protocol for massive MIMO Pereira, Hebert Douglas Brante, Glauber Gomes de Oliveira https://orcid.org/0000-0001-6006-4274 http://lattes.cnpq.br/8347190422243353 Farhat, Jamil de Araujo https://orcid.org/ 0000-0002-7525-4334 http://lattes.cnpq.br/7539776887110465 Brante, Glauber Gomes de Oliveira https://orcid.org/0000-0001-6006-4274 http://lattes.cnpq.br/8347190422243353 Rebelatto, Joao Luiz https://orcid.org/0000-0002-1682-2215 http://lattes.cnpq.br/8633387185514637 Marinello Filho, Jose Carlos https://orcid.org/0000-0002-0980-8220 http://lattes.cnpq.br/0539500854426508 Souza, Richard Demo https://orcid.org/ 0000-0002-7389-6245 http://lattes.cnpq.br/6825512654223870 Sanchez, Samuel Montejo https://orcid.org/ 0000-0003-1622-3180 http://lattes.cnpq.br/6325779513639318 Protocolos de acesso múltiplo Internet das coisas Sistemas de telefonia celular Múltiplos sistemas de entrada-saída múltipla Multiple access protocols Internet of things Cell phone systems Multiple input-multiple output systems CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES Engenharia Elétrica In this thesis, we investigate the random access (RA) problem in a massive MIMO scenario. In 5G networks, devices/users willing to connect to the base station (BS) need to choose a pilot sequence from a set of available orthogonal sequences. However, considering the internet of things (IoT) scenario, the number of users/devices trying to access the BS is much higher than the number of available pilot sequences, só that collisions may occur frequently. Considering this scenario, the strongest-user collision resolution (SUCRe) protocol is modified to include a non-orthogonal multiple access (NOMA) approach. The proposed NOMA-RA protocol allows to resolve collisions between users who try to access the medium using the same pilot signal. Numerical results show that the proposed NOMA-RA strategy achieves a better performance in terms of sum-rate with lower average delay in comparison with the traditional SUCRe scheme, even considering imperfect channel estimation and successive interference cancellation (SIC). For instance, in a scenario when 10 pilot sequences are available and 20 devices compete to access the channel, comparing with the SUCRe protocol, the average delay is reduced by 30% while the sum-rate is improved by 33% and 22% considering, respectively, perfect and imperfect SIC decoders, when the imperfection of SIC was fixed in 10%. In addition, the percentage of users that fail to access the BS in this situation drops from 66.5% with SUCRe to 38.5% with the proposed NOMA-RA scheme. Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Nesta tese, investigamos o problema do acesso aleatório (RA do inglês: Random Access) em um cenário MIMO massivo. Em redes 5G, os dispositivos/usuários que desejam se conectar com a estação base, (BS do inglês: Base Station) precisam escolher uma sequência piloto dentre um conjunto de sequências ortogonais disponíveis. Porém considerando o cenário de internet das coisas (IoT do inglês: Internet of Things), o número de usuários/dispositivos que tentam acessar a BS é muito maior do que o número de sequências pilotos disponíveis, com isso colisões podem ocorrer com frequência. Considerando esse cenário, o protocolo de resolução de colisão de usuário mais forte (SUCRe do inglês: Strongest-User Collision Resolution) é modificado para incluir um acesso múltiplo não ortogonal (NOMA do inglês: Non-Orthogonal Multiple Access). O protocolo proposto, NOMA-RA, permite resolver colisões entre usuários que tentam acessar o meio utilizando a mesma sequência piloto. Os resultados numéricos mostram que a estratégia proposta NOMA-RA atinge um melhor desempenho em termos sum-rate com menor atraso médio em comparação com o esquema SUCRe tradicional, mesmo considerando a estimativa de canal imperfeita e cancelamento sucessivo de interferência (SIC do inglês: Sucessive Interference Cancellation). Por exemplo, em um cenário em que 10 sequências piloto estão disponíveis e 20 dispositivos competem para acessar o canal, em comparação com o protocolo SUCRe, o atraso médio é reduzido em 30%, enquanto a sum-rate é melhorada em 33% e 22% considerando, respectivamente, decodificadores SIC perfeitos e imperfeitos, quando a imperfeição do SIC foi fixada em 10%. Além disso, a porcentagem de usuários que não conseguem acessar a BS nesta situação cai de 66,5% com SUCRe para 38,5% com o esquema proposto NOMA-RA. 2022-04-12T20:31:37Z 2022-04-12T20:31:37Z 2021-11-26 doctoralThesis PEREIRA, Hebert Douglas. NOMA-RA: protocolo de acesso aleatório baseado em múltiplo acesso não ortogonal para MIMO massivo. 2021. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27985 eng openAccess http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR
institution	Universidade Tecnológica Federal do Paraná
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description	In this thesis, we investigate the random access (RA) problem in a massive MIMO scenario. In 5G networks, devices/users willing to connect to the base station (BS) need to choose a pilot sequence from a set of available orthogonal sequences. However, considering the internet of things (IoT) scenario, the number of users/devices trying to access the BS is much higher than the number of available pilot sequences, só that collisions may occur frequently. Considering this scenario, the strongest-user collision resolution (SUCRe) protocol is modified to include a non-orthogonal multiple access (NOMA) approach. The proposed NOMA-RA protocol allows to resolve collisions between users who try to access the medium using the same pilot signal. Numerical results show that the proposed NOMA-RA strategy achieves a better performance in terms of sum-rate with lower average delay in comparison with the traditional SUCRe scheme, even considering imperfect channel estimation and successive interference cancellation (SIC). For instance, in a scenario when 10 pilot sequences are available and 20 devices compete to access the channel, comparing with the SUCRe protocol, the average delay is reduced by 30% while the sum-rate is improved by 33% and 22% considering, respectively, perfect and imperfect SIC decoders, when the imperfection of SIC was fixed in 10%. In addition, the percentage of users that fail to access the BS in this situation drops from 66.5% with SUCRe to 38.5% with the proposed NOMA-RA scheme.
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