Efficient multi-access techniques for 5G and beyond networks
5G ve ötesi ağlar için verimli çoklu erişim teknikleri
- Tez No: 966062
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Medipol Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 103
Özet
Geniş çaplı makine tipi iletişim (mMTC), geliştirilmiş mobil geniş bant (eMBB) ve ultra güvenilir düşük gecikmeli iletişim (uRLLC) gibi çeşitli hizmet ihtiyaçlarını karşılayabilmek için, 5G ve ötesi ağlar yaratıcı çözümler gerektirmiştir. Bu tez, parazit kontrolü, güvenlik açıkları ve ağ koşullarına uyum gibi sorunları ele almak amacıyla, Ortogonal Olmayan Çoklu Erişim (NOMA) ve Oran Bölmeli Çoklu Erişim (RSMA) gibi gelişmiş çoklu erişim tekniklerini incelemektedir. NOMA bağlamında, araştırma, oyun teorik modeller ve fiyatlandırma mekanizmalarından yararlanarak kaynak tahsisi sorunlarını ele almaktadır. Bu yöntemler, birincil ve ikincil kullanıcılar arasında güç tahsisi stratejilerini optimize ederek adalet, enerji verimliliği ve spektral kullanım sağlar. Önerilen modeller, fiyatlandırma katsayıları ve uyarlanabilir eşleştirme stratejileri içermekte, böylece paraziti azaltmakta ve kullanıcılar için fayda fonksiyonlarını iyileştirmekte olup, verimlilik ve adalette önemli kazançlar göstermektedir. RSMA'da ise, bu tez, dinleme saldırıları ve kusurlu kanal durumu bilgisi (CSI) gibi kritik güvenlik sorunlarını ele alan güvenli ve uyarlanabilir bir çerçeve sunmaktadır. Önerilen yenilikçi bir yedeklilik tabanlı yeniden iletim mekanizması, ortak akışın güvenilirliği artırmak için parite bilgisi taşımasını sağlamaktadır. Ayrıca, dinamik bir karıştırma yaklaşımı, iletilen verilerin yetkisiz taraflarca anlaşılmaz hale gelmesini garanti etmektedir. Özel verilere dayalı olarak türetilen karıştırma dizileri, dinleyicilerin ortak akışı yeniden oluşturmasını engelleyerek güçlü bir güvenlik katmanı sağlamaktadır. Yeniden iletim stratejileri, RSMA'nın esnekliğini kullanarak NOMA, RSMA ve SDMA modları arasında geçiş yaparak gecikmeyi azaltmakta ve enerji verimliliğini artırmaktadır. Teorik modeller, MATLAB simülasyonlarıyla kapsamlı bir şekilde doğrulanmış ve önerilen tekniklerin üstünlüğü gösterilmiştir. Sonuçlar, anahtar performans metriklerinde belirgin iyileştirmeler ortaya koymaktadır: %90'a varan spektral verimlilik kazançları, artan adalet indeksleri ve önemli ölçüde azalan kesinti olasılıkları. Güvenlik değerlendirmeleri, önerilen RSMA çerçevesinin dinleme saldırılarına karşı dayanıklılığını ve kusurlu CSI durumunda dahi sistem gizliliğini koruduğunu doğrulamaktadır. Ayrıca, önerilen yöntemler yoğun ağ ortamlarına ölçeklenebilir ve uyarlanabilir olup, 6G gibi gelecek nesil standartlara entegrasyon için bir yol haritası sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In order to meet a variety of service needs, such as massive machine-type communication (mMTC), enhanced mobile broadband (eMBB), and ultra-reliable low-latency communication (uRLLC), 5G and beyond networks have required creative solutions. In order to address the issues of interference control, security flaws, and network situation adaptation, this thesis explores advanced multiple access techniques, including non-orthogonal multiple access (NOMA) and rate splitting multiple access (RSMA). For NOMA, the research addresses resource allocation challenges by leveraging game-theoretic models and pricing mechanisms. These methods optimize power allocation strategies among primary and secondary users, ensuring fairness, energy efficiency, and spectral utilization. By incorporating pricing coefficients and adaptive pairing strategies, the proposed models reduce interference and improve the utility functions for users, demonstrating significant gains in throughput and fairness. In RSMA, this thesis introduces a secure and adaptive framework that addresses critical security issues arising from eavesdropping and imperfect channel state information (CSI). A novel redundancy-based retransmission mechanism is proposed, wherein the common stream carries parity information to enhance reliability. Additionally, a dynamic interleaving approach ensures that transmitted data becomes unintelligible to unauthorized entities. The interleaving sequences, derived from private data, prevent eavesdroppers from reconstructing the common stream, providing a robust security layer. The retransmission strategies leverage the inherent flexibility of RSMA to switch between NOMA, RSMA, and SDMA modes, achieving reduced latency and enhanced energy efficiency. Theoretical models are validated through extensive MATLAB simulations, demonstrating the superiority of the proposed techniques. Results indicate a marked improvement in key performance metrics: spectral efficiency gains of up to 90%, enhanced fairness indices, and significant reductions in outage probabilities. Security evaluations confirm the resilience of the proposed RSMA framework against eavesdropping attacks, maintaining system confidentiality even under imperfect CSI. Furthermore, the proposed methodologies are scalable and adaptable to dense network environments, paving the way for their integration into next-generation standards such as 6G.
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
- 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
- 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
- QoS-based resource management and optimization in CR-based NOMA networks
CR tabanlı NOMA ağlarında QoS tabanlı kaynak yönetimi ve optimizasyonu
ÖMER FARUK AKYOL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEMİHA TEDİK BAŞARAN
- AI-enhanced dynamic preemptive resource allocation in next generation cellular networks
Yeni nesil hücresel ağlarda yapay zeka destekli dinamik öncelikli kaynak tahsisi
EGE ENGİN
Doktora
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ALİ ÇIRPAN