Novel waveform designs for future wireless systems:non-coherent orthogonal frequency division multiplexing with subcarrier power modulation (NC-OFDM-SPM)&multi-user auxiliary signal superposition transmission (MU-AS-ST)
Gelecektekı̇ kablosuz sı̇stemler ı̇çı̇n yenı̇ dalga şeklı̇ tasarımları: eşevrelı̇ olmayan ofdm ı̇le alt taşıyıcı güç modülasyonu (NC-OFDM-SPM) & çok kullanıcı yardımcı sı̇nyal süperpozı̇syon ı̇letı̇mı̇ (MU-ASST)
- Tez No: 730829
- Danışmanlar: DOÇ. DR. JEHAD M. HAMAMREH
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: alt taşıyıcı güç modülasyonu, düşük karmaşıklık, eşevreli olmayan (non- coherent) modülasyon, fiziksel katman güvenliği, gizli dinleme, güvenilirlik, güç alanı NOMA, IoT, kablosuz iletişim, spektral verimlilik, yardımcı sinyaller, çok boyutlu OFDM, çoklu erişim, auxiliary signals, eavesdropping, IoT, low-complexity, multi-dimensional OFDM, multiple access, non-coherent detection, physical layer security, power domain NOMA, reliability, spectral efficiency, subcarrier power modulation, wireless communications
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Antalya Bilim Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 71
Özet
Gelecekteki kablosuz sistemlerin, spektral verimliliği ve iletim güvenilirliğini artırmak,iletimi güvence altına almak ve düşük karmaşıklık ve düşük gecikmeli iletişimleri garanti etmek gibi çok zorlu gereksinimleri karşılaması beklenmektedir. Bu kapsamda, bu çalışma içerisinde gelecekteki kablosuz sistemler için etkili bir tasarım sağlamak için bazı umut verici araştırma yönlerini araştırıyor ve öneriyoruz: 1) spektral verimliliği artırmak ve gelecekteki kablosuz sistemlerin tasarımındaki karmaşıklığı azaltmak için çok boyutlu OFDM modülasyonları ve eşevreli olmayan (non-coherent) modülasyon tabanlı tekniklerin kombinasyonunu inceliyoruz. Özellikle,bu bağlamda, alıcı kullanıcı / cihaz başına spektral verimliliği iki katına çıkarmak için Non-Coherent Orthogonal Frequency Division Multiplexing with Subcarrier Power Mod- ulation(NC-OFDM-SPM) olarak adlandırılan yeni bir teknik öneriyor ve üzerinde çalışıyoruz. Ek bitler, bir OFDM bloğu içindeki alt taşıyıcıların gücünün ek bilgi iletimi için ek bir boyut olarak manipülasyonu yoluyla gönderilir. Ayrıca eşevreli olmayan (non-coherent) modülasy- onun kullanılması, bu teknikte düşük tasarım karmaşıklığı sağlamaktadır. 2) Gelecekteki etkili ve güvenli çoklu erişim iletişimleri için yeni bir fiziksel katman güvenliği tasarımı öneriy- oruz. Önerilen tasarım, Multi-User Auxiliary Signal Superposition Transmission (MU-AS- ST) olarak adlandırılır ve mevcut geleneksel Power Domain NOMA için alternatif bir tasarım olarak sunulur. Power Domain NOMA, sürüm 17'deki çalışma öğelerinden çıkarılmadan önce, sürüm 13'ten 16'ya kadar 3GGP (3. Nesil Ortaklık Projesi/ 3rd Generation Partner- ship Project) tarafından Multi-User Superposition Transmission (MUST) adı altında incelen- miştir. Önerilen tasarım, kullanıcı verilerinin üzerine bindirilmiş yardımcı sinyalleri kulla- narak hem dahili (güvenilmeyen meşru kullanıcı) hem de harici dinleyicilere karşı mükem- mel gizlilik sağlarken, kullanıcılar arası müdahaleyi (inter-user interference) tamamen iptal etmektedir. MU-AS-ST, geleneksel NOMA'dan daha iyi güvenilirlik sağlar ve Successive Interference Cancellation (SIC) kullanmamaktadır. Dahası, bu tasarım, yalnızca eşleştirilmiş (veya süper empoze edilmiş) kullanıcılar arasında önemli bir kanal farkının olduğu durumlarda çalışan geleneksel NOMA'nın aksine, baz istasyonuna olan uzaklıklarından bağımsız olarak herhangi iki kullanıcının kombinasyonu için çalışır. Ayrıca, tüm işlemlerin baz istasyonuna taşınması, bu tasarımı IoT cihazları gibi işlemle sınırlı iletişim cihazları için cazip bir seçim haline gelir. 3) Kablosuz iletişim için ayrılan spektrumun daha optimum kullanımı için alan ve cihaz başına spektral verimliliği artırmak için çoklu erişim kurulumlarında çok boyutlu OFDM modülasyon formatlarının entegrasyonunu inceliyoruz. Bu çalışmada, OFDM-SPM'nin MU- AS-ST ile kombinasyonunu inceliyoruz, burada bu kombinasyonun alan ve cihaz başına spek- tral verimliliği iki katına çıkardığını gösteriyoruz. Önerilen tasarımlar, spektral verimlilik, iletim güvenilirliği, tasarım karmaşıklığı ve tepe / ortalama güç oranı (PAPR) gibi farklı per- formans ölçütleri açısından kapsamlı bir şekilde incelenmiştir.
Özet (Çeviri)
Future wireless systems are expected to serve very challenging requirements such as enhancing the spectral efficiency and transmission reliability, securing the transmission and guaranteeing low-complexity and low latency communications. In this scope, we investigate and propose in this work some promising research directions for ensuring an effective design for future wireless systems: 1) we study the combination of multi-dimensional OFDM modulations and non-coherent detection for enhancing the spectral efficiency and reducing the complexity in the design of future wireless systems. Particularly, in this regard, we propose and study a new technique termed as 'Non-Coherent Orthogonal Frequency Division Multiplexing with Subcarrier Power Modulation (NC-OFDM-SPM)' for doubling the spectral efficiency per receiving user/device through the exploration of the power of the subcarriers inside an OFDM block as an additional dimension for conveying extra information. The use of non-coherent detection ensures low-design complexity in this idea. 2) We propose a novel physical layer security design for effective and secure future multiple access communications. The proposed design is called 'Multi-User Auxiliary Signal Superposition Transmission (MU-AS-ST)' which is presented as an alternative design for the current conventional Power Domain NOMA which was studied by the 3GGP (3rd Generation Partnership Project) from release 13 till 16 under the name 'Multi- User Superposition Transmission (MUST)' before being eliminated from the study items in release 17. The proposed design superimposes auxiliary signals with the users data for can- celling the inter-user interference fully while achieving perfect secrecy against both internal (presence of an untrusted legitimate user) and external eavesdroppers. MU-AS-ST achieves better reliability than conventional NOMA and does not use Successive Interference Cancellation. Moreover, this design works for the combination of any two users regardless of their distance from the base station unlike conventional NOMA which works only for the cases where there exists a significant path-loss channel difference between paired (or super-imposed) users. Furthermore, carrying all the processing at the base station makes this design an appealing choice for processing-restricted communication devices such as IoT devices. 3) We study the integration of multi-dimensional OFDM modulation formats in multiple access setups for enhancing the spectral efficiency per area and per device for a more optimal usage of the spectrum allocated for wireless communications. As an example of this integration, we study the combination of OFDM-SPM with MU-AS-ST where we show that this leads to doubling the spectral efficiency per area and per device. The proposed designs were studied thoroughly and their performance was evaluated in terms of different performance metrics such as bit error rate, spectral efficiency, design complexity and peak to average power ratio (PAPR).
Benzer Tezler
- Waveform design and multiple access techniques for 5G and beyond wireless communication systems
Başlık çevirisi yok
EMRE ARSLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
- Interference and channel control techniques for the future of wireless communications
Kablosuz haberleşmenin geleceği için girişim ve kanal kontrol teknikleri
SEDA TUSHA
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN
- Physical layer techniques for 5G and beyond wireless systems
5G ve ötesi kablosuz sistemler için fiziksel katman teknikleri
ABUU BAKARI KIHERO
Doktora
İngilizce
2024
İletişim Bilimleriİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN
- OFDM with index modulation-based alternative waveform designs for future wireless systems
Geleceğin kablosuz sistemleri için indis modülasyonlu OFDM tabanlı alternatif dalga formu tasarımları
ÖMER FURKAN TUĞTEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
- Advanced cross-layer secure communication designs for future wireless systems
Geleceğin kablosuz sistemlerinde katmanlar arası ileri güvenli haberleşme tasarımları
JEHAD MAHMOUD AMIN HAMAMREH
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN