MIMO-NOMA SYSTEMS PERFORMING MULTI-USER SWIPT
ÇOK KULLANICILI SWIPT UYGULANAN MIMO-NOMA SİSTEMLERİ
- Tez No: 1024627
- Danışmanlar: PROF. DR. OĞUZ KUCUR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Enerji hasadı, Güvenli iletişim, Sayısal iletişim sistemleri, Çoklu erişim, Energy harvest, Secure communication, Digital communication systems, Multiple access
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde, çok kullanıcılı SWIPT destekli MIMO-NOMA sistemlerinin performansı, işbirlikli iletim, fiziksel katman güvenliği ve pratik iletim bozuklukları dikkate alınarak incelenmiştir. Tezin temel amacı, enerji hasadı, dik olmayan çoklu erişim, çok antenli çeşitleme teknikleri, röle destekli haberleşme ve güvenliği artırmaya yönelik yöntemlerin enerji kısıtlı kablosuz ağlardaki ortak etkilerini analitik ve sayısal olarak ortaya koymaktır. Tez kapsamında farklı sistem modelleri ele alınmıştır. Bu modellerde, SWIPT enerji kısıtlı röle veya kullanıcı destekli iletimi mümkün kılmak için kullanılırken, NOMA aynı radyo kaynakları üzerinden birden fazla kullanıcıya eş zamanlı hizmet verilmesini sağlamaktadır. Ele alınan ağların güvenilirlik ve gizlilik performansını artırmak için TAS, OSTBC, MRT, MRC, RAS ve GSC gibi farklı anten çeşitleme teknikleri sisteme dahil edilmiştir. Ayrıca hem HD hem de FD röle yapıları, lineer ve lineer olmayan enerji hasadı modelleri ve yapay gürültü destekli güvenli iletim yapıları incelenmiştir. Daha gerçekçi performans değerlendirmeleri elde etmek amacıyla kanal kestirim hataları, geri besleme gecikmesi, kusurlu ardışık karışım iptali, artık öz karışım ve kusurlu yapay gürültü iptali gibi pratik bozukluklar da analizlere dahil edilmiştir. Ele alınan sistemler için kesinti olasılığı, gizlilik kesinti olasılığı, hasat edilen güç kesinti olasılığı, toplam gizlilik kesinti olasılığı, gizlilik verimi ve gizlilik enerji verimliliği gibi temel performans ölçütlerine ilişkin kapalı form ifadeler türetilmiştir. Ayrıca, ideal ve pratik şartlar altında yüksek SNR bölgesindeki performans sınırlarını ve çeşitleme davranışını ortaya koymak amacıyla asimptotik analizler yapılmıştır. Elde edilen analitik sonuçlar Monte Carlo benzetimleri ile doğrulanmış ve güç bölme oranı, NOMA güç katsayıları, anten konfigürasyonu, sönümleme şiddeti, gizli dinleyici anten sayısı, yapay gürültü güç bölme katsayısı ve pratik bozukluk seviyeleri gibi sistem parametrelerinin performans üzerindeki etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, SWIPT destekli NOMA yapısının gelecek nesil kablosuz ağlarda spektral ve enerji verimliliğini artırmak için umut vadeden bir yaklaşım olduğunu göstermektedir. Çok antenli çeşitleme teknikleri güvenilirlik ve gizlilik performansını önemli ölçüde artırırken, yapay gürültü uygun güç bölme ile kullanıldığında güvenli iletimi iyileştirmektedir. Bununla birlikte, pratik bozukluklar yüksek SNR bölgesinde performans kaybına ve hata katlarına sebep olabilmektedir. Bu sebeple, bu tezde elde edilen sonuçlar pratik çok kullanıcılı SWIPT-NOMA sistemlerinde enerji hasadı, güç tahsisi, anten işleme, karışım iptali ve gizlilik mekanizmalarının birlikte tasarlanmasının önemini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis investigates the performance of multi-user simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT)-assisted multiple-input multiple-output (MIMO) nonorthogonal multiple access (NOMA) systems under cooperative transmission, physicallayer security constraints, and practical transmission impairments. The main objective is to provide analytical and numerical insights into the joint effects of energy harvesting, non-orthogonal multiple access, multiple-antenna diversity techniques, relay-assisted communication, and secrecy enhancing mechanisms in energy-constrained wireless networks. Several system models are considered throughout the thesis. In these models, SWIPT is employed to support energy-limited relaying or user-assisted transmission, while NOMA enables simultaneous service to multiple users over the same radio resources. Different antenna diversity techniques, including transmit antenna selection (TAS), orthogonal space-time block coding (OSTBC), maximum-ratio transmission (MRT), maximal-ratio combining (MRC), receive antenna selection (RAS) and generalized selection combining (GSC) are incorporated to improve the reliability and secrecy performance of the considered networks. In addition, both half-duplex (HD) and full-duplex (FD) relaying structures, linear and nonlinear energy harvesting models, and artificialnoise- aided secure transmission are examined. Practical impairments such as channel estimation errors, feedback delay, imperfect successive interference cancellation, residual self-interference, and imperfect artificial noise cancellation are also included in the analyses in order to obtain more realistic performance evaluations. For the considered systems, closed-form expressions are derived for key performance metrics such as outage probability, secrecy outage probability, harvested-power outage probability, overall secrecy outage probability, secrecy throughput, and secrecy energy efficiency. Asymptotic analyses are also carried out to reveal the diversity behavior and high signal-to-noise ratio (SNR) performance limits under both ideal and practical conditions. The analytical findings are verified through Monte Carlo simulations, and the effects of system parameters such as the power splitting ratio, NOMA power allocation coefficients, antenna configuration, fading severity, number of eavesdropper antennas, and artificial noise power allocation factor are investigated. The obtained results show that SWIPT-assisted NOMA is a promising approach for improving the spectral and energy efficiency of future wireless networks. Multipleantenna diversity techniques significantly enhance the reliability and secrecy performance, while artificial noise improves secure transmission when its power allocation is properly selected. However, practical impairments may cause performance degradation and error floors in the high-SNR region. Therefore, the results of this thesis emphasize the importance of jointly designing energy harvesting, power allocation, antenna processing, interference cancellation, and secrecy mechanisms for practical multi-user SWIPT-NOMA systems.
Benzer Tezler
- Haberleşme ağlarında MIMO NOMA çoklu erişim için değişken gönderici-alıcı anten seçimi
Variable transmitter-receiver antenna selection for MIMO NOMA in wireless networks
BİRCAN DEMİRAL
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR ERTUĞ
- Design and implementation of beyond 5g physical layer schemes
5g sonrası fiziksel katman şemalarının tasarımı ve gerçeklemesi
CANER GÖZTEPE
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNEŞ ZEYNEP KARABULUT KURT
- Çok kullanıcılı çok antenli telsiz haberleşme sistemlerinin uygulamaları
Multi user multi antenna applications of radio communication systems
LÜTFULLAH ÖZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SALİHA BÜYÜKÇORAK EDİBALİ
- Çok girişli çok çıkışlı (MIMO) hüzmeleme teknikleri ve işbirlikli çok noktalı ortak iletim (JT-COMP) ile tümleşik dikgen olmayan çoklu erişim (NOMA) kullanarak 5G ağlarında girişimin azaltılması
Mitigating interference in 5G wireless communication networks via non-orthogonal multiple access blended with multi-input multi-output beamforming and coordinated multi-point joint transmission techniques
AMER SALEM AMER ELZAIDI
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYDIN KIZILKAYA
- A reduced complexity generic NOMA map receiver for wideband mimo channels
Geniş bantlı çoklu giriş çoklu çıkış kanallar için düşük karmaşıklıklı NOMA map alıcısı
HASAN AYKUT ŞATANA
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN MUZAFFER GÜVENSEN