Gelecek Nesil İletişim Sistemleri Için Zaman-Frekans Yayılımlı Seyrek Kodlu Çoklu Erişim

YALÇIN ŞADİ (KADİR HAS Ü. MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ F. ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ B.)
SUBRAMANIAM ALAGAN ANPALAGAN (RYERSON UNIVERSITY)
TUNÇER BAYKAŞ (KADİR HAS Ü.)
OĞUZ ÜLGEN,
TOLGA KAĞAN TÜFEKÇİ
16 0

Proje Grubu: EEEAG Sayfa Sayısı: 38 Proje No: 120E496 Proje Bitiş Tarihi: 15.10.2023 Metin Dili: Türkçe DOI: 120E496 İndeks Tarihi: 29-02-2024

Gelecek Nesil İletişim Sistemleri Için Zaman-Frekans Yayılımlı Seyrek Kodlu Çoklu Erişim

Öz:
Gelecek Nesil İletişim Sistemleri için Zaman-Frekans Yayılımlı Seyrek Kodlu Çoklu Erişim adlı proje, 1001 Araştırma Programı kapsamında 2021-2023 yılları arasında TÜBİTAK tarafından desteklenmiştir. Bu projenin amacı, 4G için önerilen dikgen frekans ve kod bölmeli çoğullama yönteminin hem zaman hem de frekans yayılımlarının getirdiği kazançlar dikkate alınarak, SCMA tabanlı yeni çoklu erişim yöntemleri geliştirmektir. Buna göre SCMA yönteminin kodlama kazancına ek olarak zaman ve frekans yayılımlarının katılması ile hem aşağı bağlantı hem de yukarı bağlantıda daha iyi çoklu erişim performansları elde edilmesi hedeflenmiştir. Bu yeni yöntem Zaman-Frekans Yayılımlı SCMA (SCMA with Time-Frequency Spreading ? SCMA-TFS) olarak adlandırılmıştır. Bu doğrultuda yapılan çalışmalar şu şekilde özetlenebilir. Zaman yayılımı ve tekrarlamalı gönderimlerin SCMA modeline dahil edilmesiyle veri hızı ve çoklu erişim performansı analiz edilmiş, önerilen sistemin veri hızını düşürmeden BER performansını artırdığı gösterilmiştir. Bu başarım gösterilirken önerilen sistemin hesaplama karmaşıklığının sınırlı olarak arttığı ve dolayısıyla pratikliği gösterilmiştir. Önerilen SCMA-TFS sisteminin başarımını maksimize etmek için gerekli optimal kod kitabı tasarımına dönük olarak genetik algoritma tabanlı kod kitabı tasarımları yapılmış, önerilen kod kitaplarının literatürdeki kod kitaplarına belirli kanallardaki üstünlüğü gösterilmiştir. Son olarak PN dizisi seçiminin SCMA-TFS sisteminin BER performansını artırarak ISI probleminin çözümüne önemli katkı sağladığı gösterilmiştir.
Anahtar Kelime: Gelecek Nesil Haberleşme Teknolojileri 5. Nesil Haberleşme Ağları Çoklu Erişim Teknikleri Dik Frekans Bölmeli Çoklu Erişim Zaman Frekans Analizi

Sparse Code Multiple Access with Time-Frequency Spreading for the Next Generation Communication Systems

Öz:
This project titled Sparse Code Multiple Access with Time-Frequency Spreading for the Next Generation Communication Systems has been supported by TUBITAK between 2021-2023. The aim of the project is to develop new SCMA-based multiple access techniques considering the time and frequency spreading gains of orthogonal frequency and code division multiple access proposed in 4G. Accordingly, by incorporating time and frequency spreading in addition to SCMA?s coding gain, it is targeted to improve MA performances both downlink and uplink. This new technique is named ?SCMA with Time-Frequency Spreading? (SCMA-TFS). The studies performed can be summarized as follows. By incorporating time-spreading and repetitive transmissions applied to SCMA, it is shown that the proposed system increases the BER performance without decreasing the data rate. It has been demonstrated that the computational complexity of the proposed model increases slightly while achieving this performance gain. In order to maximize the performance of the proposed model, genetic algorithm based codebook design has been studied. The proposed codebooks perform superior than existing schemes under certain channel conditions. Finally, it has been illustrated that proper PN sequence selection improves the BER performance of the proposed SCMA-TFS system and thus decreasing the adverse effects of ISI.
Anahtar Kelime: Gelecek Nesil Haberleşme Teknolojileri 5. Nesil Haberleşme Ağları Çoklu Erişim Teknikleri Dik Frekans Bölmeli Çoklu Erişim Zaman Frekans Analizi

Erişim Türü: Bibliyografik
  • Al-Imari, M., Imran, M. A. 2019. “Low Density Spreading Multiple Access”. Multiple Access Techniques for 5G Wireless Networks and Beyond. Editörler: Vaezi, M., Ding Z., Poor, H. V., Berlin, Germany:Springer.
  • Alizadeh, R., Savaria, Y. 2016. “Performance Analysis of a Reduced Complexity SCMA Decoder Exploiting a Low- Complexity Maximum-Likelihood Approximation," Proceedings of IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems (ICECS), 1, 253 – 256.
  • Alnoman, A., Erküçük, S., Anpalagan, A. 2019. “Sparse Code Multiple Access-based Edge Computing for IoT Systems”, IEEE Internet of Things Journal, 6(4), 7152 – 7161.
  • Atarashi H., Sawahashi M. 2002. Variable Spreading Factor Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing (VSF- OFCDM). 113-122. Multi-Carrier Spread-Spectrum & Related Topics. Editörler: Fazel K., Kaiser S. Springer, Boston, MA.
  • Au, K., Zhang, L., Nikopour, H., Yi, E., Bayesteh, A. 2014. “Uplink Contention Based SCMA for 5G Radio Access”, Proceedings of IEEE Global Communications Conference, 1, 900 – 905.
  • Bai, Z., Li, B., Yang, M., Yan, Z., Zuo, X., Zhang, Y. 2017. “FH-SCMA: Frequency-Hopping Based Sparse Code Multiple Access for Next Generation Internet of Things”, Proceedings of IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), 1, 1 – 6.
  • Bao, J., Ma, Z., Ding, Z., Karagiannidis, G. K., Zhu, Z. 2016. “On the Design of Multiuser Codebooks for Uplink SCMA Systems”, IEEE Communications Letters, 20(10), 1920 – 1923.
  • Bao, J. Ma, Z., Xiao, M., Tsiftsis, T. A., Zhu, Z. 2018. “Bit-Interleaved Coded SCMA with Iterative Multiuser Detection: Multidimensional Constellations Design”, IEEE Transactions on Communications, 66(11), 5292 – 5304.
  • Caldwell, R., Anpalagan, A. 2008. “Adaptive Subcarrier Allocation in Synchronous Reverse Links of a Multicarrier CDMA System with Time and Frequency Spreading”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 57(3), 1494 – 1501.
  • Chen, S., Sun, S., Kang, S., Ren, B. 2019. “Pattern Division Multiple Access (PDMA)”. Multiple Access Techniques for 5G Wireless Networks and Beyond. Editörler: Vaezi, M., Ding Z., Poor, H. V., Berlin, Germany:Springer.
  • Dabiri, M., Saeedi, H. 2018. “Dynamic SCMA Codebook Assignment Methods: A Comparative Study”, IEEE Communications Letters, 22(2), 364 – 367.
  • Ding, Z., Lei, X., Karagiannidis, G. K., Schober, R., Yuan, J., Bhargava, V. K. 2017. “A Survey on Non-Orthogonal Multiple Access for 5G Networks: Research Challenges and Future Trends”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 35(10), 2181 – 2195.
  • Erküçük, S., Kim, D. I., Kwak, K. S. 2008. “Code Shift Keying Impulse Modulation for UWB Communications”, IEEE Transactions on Wireless Communications, 7(9), 3285 – 3291.
  • Ferdouse, L., Erküçük, S., Anpalagan, A., Woungang, I. 2020. “Energy Efficient SCMA Supported Downlink Cloud-RANs for 5G Networks”, IEEE Access, 8, 1416 – 1430.
  • Gaudenzi, R. D., Herrero, O. R., Cioni, S., Mengali, A. 2019. “Random Access Versus Multiple Access”. Multiple Access Techniques for 5G Wireless Networks and Beyond. Editörler: Vaezi, M., Ding Z., Poor, H. V., Berlin, Germany:Springer.
  • Gupta, A., Jha, R. K. 2015. “A Survey of 5G Network: Architecture and Emerging Technologies”, IEEE Access, 3, 1206 – 1232.
  • Han, S., Zhang, J., Guo, C., Liu, N. 2017. “Full-duplex MIMO Relay System Design Based on SCMA”, Proceedings of IEEE International Conference on Communications (ICC), 1, 1 – 5.
  • Hoshyar, R., Wathan, F. P., Tafazolli, R. 2008. “Novel Low-Density Signature for Synchronous CDMA Systems Over AWGN Channel”, IEEE Transactions on Signal Processing, 56(4), 1616 – 1626.
  • Hoshyar, R., Razavi, R., Al-Imari, M. 2010. “LDS-OFDM an Efficient Multiple Access Technique”, Proceedings of IEEE 71st Vehicular Technology Conference (VTC2010-Spring), 1, 1 – 5.
  • Hu, S., Yu, B., Qian, C., Xiao, Y., Xiong, Q., Sun, C., Gao, Y. 2018. “Nonorthogonal Interleave-Grid Multiple Access Scheme for Industrial Internet of Things in 5G Network”, IEEE Transactions on Industrial Informatics, 14(12), 5436 – 5446.
  • Hu, Y., Ping, L. 2019. “Interleave Division Multiple Access (IDMA)”. Multiple Access Techniques for 5G Wireless Networks and Beyond. Editörler: Vaezi, M., Ding Z., Poor, H. V., Berlin, Germany:Springer.
  • Huang, Y., Wang, J., Zhu, J. 2019. “Optimal Power Allocation for Downlink NOMA Systems”. Multiple Access Techniques for 5G Wireless Networks and Beyond. Editörler: Vaezi, M., Ding Z., Poor, H. V., Berlin, Germany:Springer.
  • Hussain, F., Anpalagan, A. 2013. “OFCDM-based Small Femtocells Embedded in OFDM- based Macro Cellular Network”, Proceedings of IEEE International Conference on Communications Workshops (ICC), 1, 1199 – 1204.
  • Khalid, L. Anpalagan, A. 2008. “Performance Analysis of a Threshold-based Group-adaptive Modulation Scheme with Adaptive Subcarrier Allocation in OFCDM Systems”, IEEE Transactions on Wireless Communications, 7(7), 2463 – 2467.
  • Kim, H., Lim, Y. G., Chae, C. B., Hong D. 2017. “Multiple Access for 5G New Radio: Categorization, Evaluation, and Challenges,” [Online]. Available: https://arxiv.org/pdf/1703.09042.pdf , 1 – 9.
  • Hu, Y., Ping, L. 2019. “Interleave Division Multiple Access (IDMA)”. Multiple Access Techniques for 5G Wireless Networks and Beyond. Editörler: Vaezi, M., Ding Z., Poor, H. V., Berlin, Germany:Springer.
  • Kiracı F., Bardakçı E., Şadi Y., Erküçük S. 2020. “Kod Kitabı Tasarımının Geleneksel SCMA Sistem Performansına Etkisi”, 28. IEEE Sinyal İşleme ve İletişim Uygulamaları Kurultayı (SIU), 1, 1 – 4.
  • Li, Y., Lei, X., Fan, P., Chen, D. 2015. “An SCMA-based Uplink Inter-cell Interference Cancellation Technique for 5G Wireless Systems”, Proceedings of International Conference on Wireless Communications & Signal Processing (WCSP), 1, 1 – 5.
  • Li, P., Cui, G., Wang, W. 2019. “Asynchronous Flipped Grant-Free SCMA for Satellite-Based Internet of Things Communication Networks”, Applied Sciences, 9(335), 1 – 19.
  • Li, H., Liu, Z., Yu, Q., Xiang, W., Adachi, F. 2020. “Uplink SCMA with STBC in Fading Channels”, Proceedings of IEEE 91st Vehicular Technology Conference (VTC2020-Spring), 1, 1 – 5.
  • Moltafet, M., Yamchi, N. M., Javan, M. R., Azmi, P. 2018. “Comparison Study Between PD- NOMA and SCMA”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 67(2), 1830 – 1834.
  • Nikopour, H., Baligh, H. 2013. “Sparse Code Multiple Access”, Proceedings of IEEE 24th Annual International Symposium on Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications (PIMRC), 1, 332 – 336.
  • Nikopour, H., Yi, E., Bayesteh, A., Au, K., Hawryluck, M., Baligh, H. Ma, J. 2014. “SCMA for Downlink Multiple Access of 5G Wireless Networks”, Proceedings of IEEE Global Communications Conference, 1, 3940 – 3945.
  • Puri, P., Singh, N. 2013. “Two-Dimensional Spreading Scheme Employing 2D Orthogonal Variable Spreading Factor Codes for Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing Systems”, IET Communications, 7(5), 463 – 470.
  • Senthuran, S., Anpalagan, A., Das, O. 2009. “Cooperative Subcarrier and Power Allocation for a Two-Hop Decode-and- Forward OFCDM Based Relay Network”, IEEE Transactions on Wireless Communications, 8(9), 4797 – 4805.
  • Taherzadeh, M., Nikopour, H., Bayesteh, A., Baligh, H. 2014. “SCMA Codebook Design”, Proceedings of IEEE 80th Vehicular Technology Conference (VTC-Fall), 1, 1 – 5.
  • Tian, L., Zhao, M., Zhong, J., Xiao, P., Wen, L. 2017. “A Low Complexity Detector for Downlink SCMA Systems”, IET Communications, 11(16), 2433 – 2439.
  • Vaezi, M., Ding Z., Poor, H. V. 2019. Multiple Access Techniques for 5G Wireless Networks and Beyond, Berlin, Germany:Springer.
  • Vameghestahbanati, M., Marsland, I., Gohary, R. H., Yanıkömeroğlu, H. 2017. “Polar Codes for SCMA Systems”, Proceedings of IEEE 86th Vehicular Technology Conference (VTC- Fall), 1, 1 – 5.
  • Vameghestahbanati, M., Bedeer, E., Marsland, I., Gohary, R. H., Yanıkömeroğlu, H. 2017. “Enabling Sphere Decoding for SCMA”, IEEE Communications Letters, 21(2), 2750 – 2753.
  • Wang, B., Wang, K., Lu, Z., Xie, T., Quan, J. 2015. “Comparison Study of Non-Orthogonal Multiple Access Schemes for 5G”, Proceedings of IEEE International Symposium on Broadband Multimedia Systems and Broadcasting, 1, 1 – 5.
  • Wei, F., Chen, W. 2017. “Low Complexity Iterative Receiver Design for Sparse Code Multiple Access”, IEEE Transactions on Communications, 65(2), 621 – 634.
  • Yan, Z., Li, B., Yang, M., Yan, Z., Bai, Z. 2018. “T-SCMA: Time Domain Sparse Code Multiple Access for Narrow Band Internet of Things (NB-IoT) (Invited Paper)” IoT as a Service. IoTaaS 2017. Lecture Notes of the Institute for Computer Sciences, Social Informatics and Telecommunications Engineering, vol 246. Editörler: Lin Y. B., Deng D. J., You I., Lin C. C., Cham, Switzerland:Springer.
  • Yang, C. Zhang, C., Zhang, S., You X. 2016. “Efficient Hardware Architecture of Deterministic MPA Decoder for SCMA”, Proceedings of IEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Systems, 1, 293 – 296.
  • Zhang, S., Xu, X., Lu, L., Wu, Y., He, G., Chen, Y. 2014. “Sparse Code Multiple Access: An Energy Efficient Uplink Approach for 5G Wireless Systems”, Proceedings of IEEE Global Communications Conference, 1, 4782 – 4787.
  • Zhang, L., Ma, J. 2019. “Grant-Free Multiple Access Scheme”. Multiple Access Techniques for 5G Wireless Networks and Beyond. Editörler: Vaezi, M., Ding Z., Poor, H. V., Berlin, Germany:Springer.
  • Zhang, Y., Wang, X., Wang, D., Zhang Y., Lan, Y. 2019. “BER Performance of Multicast SCMA Systems”, IEEE Wireless Communications Letters, 8(4), 1073 – 1076.
  • Zhou, Y., Wang, J., Sawahashi, M. 2005. “Downlink Transmission of Broadband OFCDM Systems – Part I: Hybrid Detection”, IEEE Transactions on Communications, 53(4), 718 – 729.
  • Zhou, Y., Ng, T.-S., Wang, J., Higuchi, K., Sawahashi, M. 2008. “OFCDM: A Promising Broadband Wireless Access Technique”, IEEE Communications Magazine, 46(3), 38 – 49.
  • Zhou, Y., Wang, J., Ng, T.-S. 2008. “Downlink Transmission of Broadband OFCDM Systems – Part V: Code Assignment”, IEEE Transactions on Wireless Communications, 7(11), 4546 – 4557.
  • Zhou, Y., Liu, L., Du, H., Tian, L., Wang, X., Shi, J. 2014. “An Overview of Intercell Interference Management in Mobile Cellular Networks: From 2G to 5G”, Proceedings of IEEE International Conference on Communication Systems, 1, 1 - 5
APA Sadi Y, ANPALAGAN S, Baykas T, ÜLGEN O, TÜFEKÇİ T (2023). Gelecek Nesil İletişim Sistemleri Için Zaman-Frekans Yayılımlı Seyrek Kodlu Çoklu Erişim. , 0 - 38. 120E496
Chicago Sadi Yalcin,ANPALAGAN SUBRAMANIAM ALAGAN,Baykas Tuncer,ÜLGEN OĞUZ,TÜFEKÇİ TOLGA KAĞAN Gelecek Nesil İletişim Sistemleri Için Zaman-Frekans Yayılımlı Seyrek Kodlu Çoklu Erişim. (2023): 0 - 38. 120E496
MLA Sadi Yalcin,ANPALAGAN SUBRAMANIAM ALAGAN,Baykas Tuncer,ÜLGEN OĞUZ,TÜFEKÇİ TOLGA KAĞAN Gelecek Nesil İletişim Sistemleri Için Zaman-Frekans Yayılımlı Seyrek Kodlu Çoklu Erişim. , 2023, ss.0 - 38. 120E496
AMA Sadi Y,ANPALAGAN S,Baykas T,ÜLGEN O,TÜFEKÇİ T Gelecek Nesil İletişim Sistemleri Için Zaman-Frekans Yayılımlı Seyrek Kodlu Çoklu Erişim. . 2023; 0 - 38. 120E496
Vancouver Sadi Y,ANPALAGAN S,Baykas T,ÜLGEN O,TÜFEKÇİ T Gelecek Nesil İletişim Sistemleri Için Zaman-Frekans Yayılımlı Seyrek Kodlu Çoklu Erişim. . 2023; 0 - 38. 120E496
IEEE Sadi Y,ANPALAGAN S,Baykas T,ÜLGEN O,TÜFEKÇİ T "Gelecek Nesil İletişim Sistemleri Için Zaman-Frekans Yayılımlı Seyrek Kodlu Çoklu Erişim." , ss.0 - 38, 2023. 120E496
ISNAD Sadi, Yalcin vd. "Gelecek Nesil İletişim Sistemleri Için Zaman-Frekans Yayılımlı Seyrek Kodlu Çoklu Erişim". (2023), 0-38. https://doi.org/120E496
APA Sadi Y, ANPALAGAN S, Baykas T, ÜLGEN O, TÜFEKÇİ T (2023). Gelecek Nesil İletişim Sistemleri Için Zaman-Frekans Yayılımlı Seyrek Kodlu Çoklu Erişim. , 0 - 38. 120E496
Chicago Sadi Yalcin,ANPALAGAN SUBRAMANIAM ALAGAN,Baykas Tuncer,ÜLGEN OĞUZ,TÜFEKÇİ TOLGA KAĞAN Gelecek Nesil İletişim Sistemleri Için Zaman-Frekans Yayılımlı Seyrek Kodlu Çoklu Erişim. (2023): 0 - 38. 120E496
MLA Sadi Yalcin,ANPALAGAN SUBRAMANIAM ALAGAN,Baykas Tuncer,ÜLGEN OĞUZ,TÜFEKÇİ TOLGA KAĞAN Gelecek Nesil İletişim Sistemleri Için Zaman-Frekans Yayılımlı Seyrek Kodlu Çoklu Erişim. , 2023, ss.0 - 38. 120E496
AMA Sadi Y,ANPALAGAN S,Baykas T,ÜLGEN O,TÜFEKÇİ T Gelecek Nesil İletişim Sistemleri Için Zaman-Frekans Yayılımlı Seyrek Kodlu Çoklu Erişim. . 2023; 0 - 38. 120E496
Vancouver Sadi Y,ANPALAGAN S,Baykas T,ÜLGEN O,TÜFEKÇİ T Gelecek Nesil İletişim Sistemleri Için Zaman-Frekans Yayılımlı Seyrek Kodlu Çoklu Erişim. . 2023; 0 - 38. 120E496
IEEE Sadi Y,ANPALAGAN S,Baykas T,ÜLGEN O,TÜFEKÇİ T "Gelecek Nesil İletişim Sistemleri Için Zaman-Frekans Yayılımlı Seyrek Kodlu Çoklu Erişim." , ss.0 - 38, 2023. 120E496
ISNAD Sadi, Yalcin vd. "Gelecek Nesil İletişim Sistemleri Için Zaman-Frekans Yayılımlı Seyrek Kodlu Çoklu Erişim". (2023), 0-38. https://doi.org/120E496
Sayfa Oluşturulma Tarihi
24-04-2024 10:52

İLETİŞİM

TÜBİTAK ULAKBİM TR Dizin

Yüzüncüyıl, İşçi Blokları Mahallesi

Muhsin Yazıcıoğlu Caddesi No:51/C

06530 Çankaya / ANKARA +90 (312) 298 92 00

trdizin@tubitak.gov.tr

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © Tüm Hakları Saklıdır. Gizlilik Politikası Kullanım Şartları