서지주요정보
Hybrid multiple access system based on non orthogonality and sparse code = 비직교성과 희소 코드 기반 하이브리드 다중 액세스
서명 / 저자 Hybrid multiple access system based on non orthogonality and sparse code = 비직교성과 희소 코드 기반 하이브리드 다중 액세스 / Nam I Kim.
저자명 Kim, Nam I ; 김남이
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2016].
Online Access 원문보기 원문인쇄

소장정보

등록번호

8029126

소장위치/청구기호

학술문화관(문화관) 보존서고

MEE 16015

SMS전송

도서상태

이용가능

대출가능

반납예정일

초록정보

In this thesis, a hybrid multiple access system based on Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) and Sparse Code Multiple Access (SCMA) is proposed, which are promising techniques for next generation communication system. NOMA applied to communication network could exploit higher spectral efficiency than conventional Orthogonal Multiple Access(OMA) scheme. In the NOMA system, the signals for near and far user are superimposed in one resource. The decoding method of NOMA is successive interference cancellation (SIC). Far user signal will be decoded first by using channel gain difference. In the view of near user, decoded far user signal is canceled from original received signal, after that, which symbol is transmitted is decided. By using this method, a transmitter can transmit more information. SCMA scheme could give massive connectivity and performance similar to maximum a posteriori (MAP) detector. The SCMA codebook which is designed by sub-optimal method could give higher diversity effect to communication network. Many signals of users in the cell of SCMA system, are spread and summed by generated SCMA codebook in the certain number of resources. In the decoding process, Message Passing Algorithm (MPA) is used. The diversity effect can be obtained from MPA which operates as iteratively updating symbol probability. In this point, we have a purpose of combination of two systems to use following two properties. First, the capacity of wireless communication system can be increased by using channel gain difference. Second, a hybrid access system can support many users simultaneously, which means that proposed access system could be a new multiple access scheme for coming Internet of Things era. A scheduler of transmitter can separate users into two groups, i.e., near users and far users. In this case, SCMA scheme will support near users by using multi-dimensional complex constellation and near users and far users are linked by NOMA scheme. We proposed two hybrid access systems and another switching system to achieve better performance. The first system is simple combining of NOMA and SCMA. This hybrid access system will have moderate BER performance in low SNR region. The second system is the hybrid access system with far user spreading code. This hybrid system will show best performance by making up first hybrid access system’s fault. The switching system is based on the switching between SCMA and hybrid system without far user spreading. The advantage of the switching system is also explained. An analysis on BER performance of hybrid access systems are conducted and optimization problem for power allocation between near users and far users is also considered. The power allocation method considered in this thesis is a fractional transmission power allocation (FTPA). By using FTPA method based on channel gain difference, a transmitter can determine power allocation factors to achieve best performance. A theoretical BER for far users and approximate BER for near user derived in this study provide a framework to predict performance of hybrid access systems. Far user uses more simple code than near user, so we can derive exact formula with a little assumption. However, in case of the symbol of near user which uses complicated SCMA codebook and MPA detection, it is difficult to derive BER equation. Therefore we approximate BER performance by using the property of SCMA, diversity and interference. Moreover, to demonstrate superiority, Bit Error Rate (BER) of hybrid access systems are derived from simulation and compared with OMA, NOMA and SCMA.

본 학위논문에서는 최근 다음 세대 통신 시스템 후보로 거론되는 두 가지 시스템, 비직교 다중 접속 (NOMA)과 희소코드 다중 접속 (SCMA)을 기반으로하는 하이브리드 다중 접속 시스템을 제안한다. 비직 교 다중 접속 시스템이 적용된 통신 네트워크는 기존 직교 다중 접속 (OMA) 방식에 비해 더 높은 통신용량을 제공할 수 있다. 비직교 다중 접속 시스템은 먼거리 사용자를 위한 신호와 가까운 사용자를 위한 신호를 하나의 통신 자원에 중첩시킨다. 비직교 다중 접속 시스템에서 수신기는 무선 채널 이득 차이를 이용하여 연속 간섭 제거 (SIC) 방법으로 먼 사용자 신호를 먼저 검출한다. 가까운 사용자 관점에서는 검출된 먼 사용자 신호를 원래 수신된 신호에서 제거한 후 자신에게 어떤 신호가 전송되었는지 판단한다. 위 설명된 방법을 통해 송신기는 기존보다 더 많은 정보를 전송할 수 있다. 희소코드 다중 접속 방식은 대규모 접속을 제공할 수 있는 방안으로 동시에 최대사후확률 (MAP) 검출기와 비슷한 성능을 보인다고 알려져있다. 희소코드 다중 접속 방식을 위한 코드북은 최적화 기법을 이용해 고안되어 더 높은 다중화 효과를 통신 네트워크에 제공할 수 있다. 셀 내 사용자를 지원하기 위한 많은 신호들은 생성된 코드북을 통해 특정 개수의 자원 내에 확산 및 중첩된다. 수신 과정에서는 메세지 전달 알고리즘 (MPA)가 사용되는데 이 알고리즘을 통해 수신 신호 확률을 반복적으로 갱신하여 다중화 효과를 획득하고 신호 검출을 할 수 있다. 위 두가지 방법에 바탕을 둔 하이브리드 시스템은 다음의 두가지 장점을 이용하기 위해 제안되었다. 첫째로 채널 이득 차이를 이용하여 무선 통신 시스템의 용량 증가의 이득을 얻을 수 있다. 둘째로 하이 브리드 시스템은 많은 수의 사용자를 동시에 지원 가능하다는 이득이 있으며 이를 통해 많은 수의 기기가 연결되는 사물 인터넷 (IoT) 시대에 적합한 다중 접속 방식이 될 수있다. 하이브리드 시스템의 수신기는 셀 내 사용자를 먼 사용자 그룹과 가까운 사용자 그룹으로 구분하는데 이때 희소코드 다중 접속 방식은 가까운 사용자를 지원하고 가까운 그룹과 먼 그룹은 비직교 다중 접속 방식을 통해 결합된다. 본 학위논문에서는 기존 시스템의 성능 개선을 위해 두 가지 하이브리드 시스템과 스위칭 시스템을 제안한다. 첫번째 하이브리드 시스템은 비직교 다중 접속 시스템과 희소코드 다중 접속 방식의 단순 결합 시스템이고 두번째 하이브리드 시스템은 확산 코드가 적용된 시스템이다. 스위칭 시스템은 희소코드 다중 접속 시스템과 첫번째 하이브리드 시스템을 번갈아 사용하는 시스템으로 적당한 성능개선과 확산 코드 적용 하이브리드 시스템에 비해 낮은 복잡도를 보인다. 본 학위논문에서는 하이브리드 시스템의 이론적 비트 오류 확률 (BER)과 가까운 사용자와 먼 사용자간 전력 할당에 관한 문제 역시 고려하였다. 고려된 전력 할당 방법은 분수 전송 전력 할당 (FTPA) 방법으로 수신기는 이 방법을 사용하여 채널 이득 차이에 기반한 전력 할당을 수행 할 수 있고 따라서 최적의 성능을 달성 할 수 있다. 먼 사용자의 이론적 비트 오류 확률식과 가까운 사용자의 근사화된 비트 오류 확률식 또한 도출하였고 이를 통해 하이브리드 시스템의 성능을 예측 할 수 있다. 먼 사용자 부호는 매우 간단하므로 정확한 이론적 비트 오류 확률을 계산 할 수 있지만 가까운 사용자 부호는 매우 복잡한 희소코드 부호와 메세지 전달 알고리즘을 사용하여 정확한 이론적 분석식을 구하기 어렵다. 따라서 본 학위논문에서는 희소 코드 다중 접속의 특성인 다중화와 간섭을 고려한 근사화된 비트 오류 확률식을 구하였다. 또한 하이브리드 시스템의 우수성을 보이기 위해 모의실험을 수행하였고 제안된 하이브리드 다중 액 서스 방식은 기존 방식들에 비해 더 낮은 비트 오류 확률을 보임을 확인하였다. 특히 확산 코드가 적용된 시스템의 경우 신호 대 잡음비가 크고 작음에 관게 없이 가장 좋은 성능을 갖고, 확산 코드가 적용되지 않은 시스템은 신호 대 잡음비가 작은 구간에서 기존 시스템에 비해 개선된 성능을 가지는 것을 확인하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MEE 16015
형태사항 v, 45 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 김남이
지도교수의 영문표기 : Dong-Ho Cho
지도교수의 한글표기 : 조동호
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 전기및전자공학부,
서지주기 Including references
주제 NOMA
SCMA
multiple access
wireless communications
bit error rate
비직교성
희소코드
다중접속
무선 통신
비트 오류율
QR CODE qr code