Analysis of hybrid antenna diversity techniques in non-orthogonal multiple access systems with practical impairments for 5G+

Abstract

Dik olmayan çoklu erişim (NOMA), beşinci nesil ve ötesi (5G+) için en umut verici çoklu erişim tekniklerinden biridir. 5G+ yüksek spektral verimlilik, yüksek bağlanabilirlik ve düşük gecikme taleplerindeki artışı karşılayabilir. NOMA dik olmayan kaynak tahsisi yoluyla çoklu kullanıcıyı istihdam etmektedir. Anten çeşitleme teknikleri kapasiteyi ve sistem performansını arttırabilir. En yaygın anten çeşitleme teknikleri, radyo frekans zinciri ve devresinin karmaşıklığını ve güç tüketimini azalttığı için cazip olan anten seçim teknikleridir. Son zamanlarda yaygınlaşan röle destekli yardımlaşmalı haberleşme güvenilir haberleşme sağlayabilmekte ve sistemlerin kapsama alanını genişletebilmektedir. Bu tezde; kanal tahmin hatası (CEE), geri besleme gecikmesi (FD) ve ardışık karışım iptali (SIC) hatası gibi pratik bozuklukların varlığında NOMA ağlarında anten çeşitlemeli ve yardımlaşmalı haberleşme tekniklerinin performansı analiz edilmektedir. İlk olarak verici anteni seçimi/maksimum oranlı birleştirme (TAS/MRC) tekniği, çift atlamalı NOMA ağda CEE ve SIC hatasının varlığında analiz edilir. Daha sonra, CEE'nin varlığı ile çift atlamalı NOMA ağı için maksimum oranlı iletim/alıcı anteni seçiminin (MRT/RAS) performansı incelenir. Alt-optimum çoğunluk temelli antena seçim teknikleri çoğunluk tabanlı TAS/MRC ve çoğunluk tabanlı ortak verici ve alıcı anten seçiminin (JTRAS) performansı, CEE ve FD varlığında tek ve çift atlamalı NOMA ağları için incelenmiştir. Son olarak NOMA ağının bit hata olasılığı, çok antenli duruma hazırlık olarak ilk önce tek antenli durumda SIC hatasının varlığında, sonra da çok antenli durumda CEE, FD ve SIC hatası varlığında analiz edilmiştir.Non-orthogonal multiple access (NOMA) is one of the most promising multiple access techniques in fifth-generation and beyond (5G+). It can satisfy the increase in demands of high spectral efficiency, high connectivity, and low latency of the 5G+. NOMA can accommodate multiple users via non-orthogonal resource. Antenna diversity techniques can increase the capacity and system performance, and the most attractive ones are antenna selection schemes since they decrease complexity and power consumption due to radio frequency chain and its circuitry, respectively. Recently, relay assisted cooperative communications can provide reliable communications and extend systems' coverage area. In this thesis, we analyze the performance of antenna diversity and cooperative communication techniques in NOMA networks in the presence of practical impairments such as channel estimation error (CEE), feedback delay (FD) and successive interference cancellation (SIC) error. First, the transmit antenna selection/maximal ratio combining (TAS/MRC) scheme is analyzed for dual-hop NOMA network with the presence of CEE and SIC error. Then, the performance of the maximum ratio transmission/receive antenna selection (MRT/RAS) is examined for the dual-hop NOMA network with the presence of CEE. Later, the performance of majority-based AS schemes; majority-based TAS/MRC and majority-based joint transmit and receive antenna selection (JTRAS) techniques is studied for single-hop and dual-hop NOMA networks in the presence of CEE and FD. Finally, the bit error rate of the NOMA network is analyzed in two stages: First, the single antenna case with imperfect SIC is studied for the preparation to the multi-antenna case. Then, the multi-antenna case with CEE, FD and SIC error is accomplished.