NOMA-RA: protocolo de acesso aleatório baseado em múltiplo acesso não ortogonal para MIMO massivo
| Ano de defesa: | 2021 |
|---|---|
| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | eng |
| Instituição de defesa: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
|
| Departamento: |
Não Informado pela instituição
|
| País: |
Não Informado pela instituição
|
| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27985 |
Resumo: | 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. |
| id |
UTFPR-12_f46f360ad4e12adeccdd1d54bc1a2cac |
|---|---|
| oai_identifier_str |
oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/27985 |
| network_acronym_str |
UTFPR-12 |
| network_name_str |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
| repository_id_str |
|
| spelling |
NOMA-RA: protocolo de acesso aleatório baseado em múltiplo acesso não ortogonal para MIMO massivoNOMA-RA: non-orthogonal multiple access-based random access protocol for massive MIMOProtocolos de acesso múltiploInternet das coisasSistemas de telefonia celularMúltiplos sistemas de entrada-saída múltiplaMultiple access protocolsInternet of thingsCell phone systemsMultiple input-multiple output systemsCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOESEngenharia ElétricaIn 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.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática IndustrialUTFPRBrante, Glauber Gomes de Oliveirahttps://orcid.org/0000-0001-6006-4274http://lattes.cnpq.br/8347190422243353Farhat, Jamil de Araujohttps://orcid.org/ 0000-0002-7525-4334http://lattes.cnpq.br/7539776887110465Brante, Glauber Gomes de Oliveirahttps://orcid.org/0000-0001-6006-4274http://lattes.cnpq.br/8347190422243353Rebelatto, Joao Luizhttps://orcid.org/0000-0002-1682-2215http://lattes.cnpq.br/8633387185514637Marinello Filho, Jose Carloshttps://orcid.org/0000-0002-0980-8220http://lattes.cnpq.br/0539500854426508Souza, Richard Demohttps://orcid.org/ 0000-0002-7389-6245http://lattes.cnpq.br/6825512654223870Sanchez, Samuel Montejohttps://orcid.org/ 0000-0003-1622-3180http://lattes.cnpq.br/6325779513639318Pereira, Hebert Douglas2022-04-12T20:31:37Z2022-04-12T20:31:37Z2021-11-26info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfPEREIRA, 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/1/27985enghttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2022-04-13T06:07:16Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/27985Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2022-04-13T06:07:16Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false |
| dc.title.none.fl_str_mv |
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 |
| title |
NOMA-RA: protocolo de acesso aleatório baseado em múltiplo acesso não ortogonal para MIMO massivo |
| spellingShingle |
NOMA-RA: protocolo de acesso aleatório baseado em múltiplo acesso não ortogonal para MIMO massivo Pereira, Hebert Douglas 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 |
| title_short |
NOMA-RA: protocolo de acesso aleatório baseado em múltiplo acesso não ortogonal para MIMO massivo |
| title_full |
NOMA-RA: protocolo de acesso aleatório baseado em múltiplo acesso não ortogonal para MIMO massivo |
| title_fullStr |
NOMA-RA: protocolo de acesso aleatório baseado em múltiplo acesso não ortogonal para MIMO massivo |
| title_full_unstemmed |
NOMA-RA: protocolo de acesso aleatório baseado em múltiplo acesso não ortogonal para MIMO massivo |
| title_sort |
NOMA-RA: protocolo de acesso aleatório baseado em múltiplo acesso não ortogonal para MIMO massivo |
| author |
Pereira, Hebert Douglas |
| author_facet |
Pereira, Hebert Douglas |
| author_role |
author |
| dc.contributor.none.fl_str_mv |
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 |
| dc.contributor.author.fl_str_mv |
Pereira, Hebert Douglas |
| dc.subject.por.fl_str_mv |
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 |
| topic |
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 |
| 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. |
| publishDate |
2021 |
| dc.date.none.fl_str_mv |
2021-11-26 2022-04-12T20:31:37Z 2022-04-12T20:31:37Z |
| dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| format |
doctoralThesis |
| status_str |
publishedVersion |
| dc.identifier.uri.fl_str_mv |
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 |
| identifier_str_mv |
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. |
| url |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27985 |
| dc.language.iso.fl_str_mv |
eng |
| language |
eng |
| dc.rights.driver.fl_str_mv |
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ info:eu-repo/semantics/openAccess |
| rights_invalid_str_mv |
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| eu_rights_str_mv |
openAccess |
| dc.format.none.fl_str_mv |
application/pdf |
| dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR |
| publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR |
| dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) instacron:UTFPR |
| instname_str |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) |
| instacron_str |
UTFPR |
| institution |
UTFPR |
| reponame_str |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
| collection |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
| repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) |
| repository.mail.fl_str_mv |
riut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.br |
| _version_ |
1850498360384946176 |