NOMA-based radio resource allocation for machine type communications in 5G and beyond cellular networks 5G ve ötesi hücresel ağlarda makine tipi iletişim için NOMA tabanlı radyo kaynak atama

Abstract

The rapid increase of machine-to-machine (M2M) communications brings challenges in the design of cellular networks. The adversity of meeting the Quality-of-Service (QoS) requirements of a massive number of machine-type communications (MTC) devices with insufficient radio resources has emerged. The main goal of this thesis is to investigate the minimum bandwidth resource allocation problem for non-orthogonal multiple access (NOMA) based M2M communications in 5G and beyond cellular networks. A polynomial-time persistent resource allocation algorithm considering NOMA and the periodicity of the MTC traffic is proposed to solve the problem fast and efficiently. The proposed algorithm consists of two phases. In the first phase, M2M clusters are grouped into NOMA sub-clusters using a technique that minimizes the number of NOMA sub-clusters for a set of devices. NOMA sub-clusters are then allocated to resource blocks (RB) in the second phase, considering their QoS requirements while achieving minimum bandwidth reservation. Through simulations, the performance of the proposed algorithm is presented in comparison to the previously proposed access grant time interval (AGTI) based radio resource allocation algorithms. It is illustrated that the proposed algorithm improves the spectrum efficiency significantly addressing the spectrum-scarcity issue.

Makineden makineye iletişimdeki hızlı artış, hücresel ağların tasarımında zorluklar getiriyor. Yetersiz radyo kaynaklarına sahip çok sayıda makine tipi iletişim cihazının hizmet kalitesi gereksinimlerini karşılamanın zorluğu ortaya çıktı. Bu tezin temel amacı, 5G ve hücresel ağların ötesinde, dikgen olmayan çoklu erişim tabanlı makineler arası iletişimleri için minimum bant genişliği kaynak tahsisi problemini araştırmaktır. Problemi hızlı ve verimli bir şekilde çözmek için NOMA ve MTC trafiğinin periyodikliğini dikkate alan bir polinom zamanlı kalıcı kaynak tahsis algoritması önerilmiştir. Önerilen algoritma, iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada, M2M kümeleri, bir dizi cihaz için NOMA alt kümelerinin sayısını en aza indiren bir teknik kullanılarak NOMA alt kümelerine ayrılmaktadır. İkinci aşamada ise NOMA alt kümeleri, kaynak bloklarına servis kalitesi gereklilikleri saglanırken minimum bant genişliği kullanılacak şekilde atanmaktadır. Simülasyonlar ile, önerilen algoritmanın performansı, daha önce önerilen erişim izni zaman aralığına dayalı radyo kaynak atama algoritmalarıyla karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Önerilen algoritmanın spektrum etkinligini önemli ölçüde artırdığı gösterilmiştir.