• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제14권10호
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• pp.4231-4245
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• 2020

Non-orthogonal multiple access (NOMA) is widely studied in both academia and industry due to its high spectral efficiency over orthogonal multiple access (OMA). To effectively improve spectrum efficiency, an amplify-and-forward (AF) cooperative NOMA system is proposed as well as a novel detection scheme is proposed, in which we first perform successive interference cancellation (SIC) twice at U1 for the two signals received from two time slots to remove interference from symbol 2, then two new signals apply max ratio combining (MRC). In addition, a closed-form upper bound approximation for the ergodic capacity of our proposed system is derived. Monte-Carlo simulations and numerical analysis illustrate that our proposed system has better ergodic capacity performance than the conventional cooperative NOMA system with decode-forward (DF) relay, the conventional cooperative NOMA system with AF relay and the proposed AF cooperative NOMA system in [16]. In addition, we can see that ergodic capacity of all NOMA cooperative systems increase with the increase of transmit SNR. Finally, simulations display that power allocation coefficients have little effect on ergodic capacity of all NOMA cooperative systems. This is due to this fact that ergodic capacity of two symbols can be complementary with changing of power allocation coefficients.

• 정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템
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• 제10권6호
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• pp.173-180
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• 2021

비 직교 다중 접속(NOMA : Non Orthogonal Multiple Access) 기술은 5G 네트워크의 등장으로 폭발적으로 증가한 사용자의 QoS(Quality of Service)를 보장하기 위한 기술이다. 비 직교 다중 접속 기술은 기존의 직교 다중 접속(OMA : Orthogonal Multiple Access) 기술에서 주파수의 직교성을 없애고 다른 신호를 구분하기 위해 전력을 차등적으로 할당하는 기술이다. NOMA 기술 중 협력 NOMA 기술은 거리가 먼 사용자들에게 보내기 위해 많은 전력을 소모하는 것이 아닌 중계 노드에게 신호를 보내어서 중계 노드가 대신 NOMA를 수행하는 방법이다. 하지만, 협력 NOMA에서는 중계 노드가 협력 NOMA에 참여하는 동기가 반드시 필요하다. 이를 위해 기지국은 중계 노드에게 인센티브를 지급할 수 있지만 중계 노드가 기여한 만큼 공정하게 지급해야 한다. 이러한 인센티브 체계를 수립할 때 발생하는 문제점이 있는데 그것은 중계 노드가 자신의 기여를 속인다면 기지국 입장에서는 전체 시스템 성능도 하락할 뿐 아니라 높은 인센티브를 지급해야 한다는 것이다. 본 논문에서는 협력 NOMA 네트워크에 참여하는 중계 노드들이 이기적으로 행동하여 거짓된 정보를 보고하는 것을 방지하기 위해 메커니즘 디자인을 사용한 기법을 제안한다. 메커니즘 디자인 중 VCG메커니즘을 사용하여 중계 노드들의 이기적인 행동을 제어하고 전체 시스템 성능을 높일 수 있도록 하였다. 실험 결과로 중계 노드들이 이기적으로 행동했을 때의 전체 시스템 성능보다 VCG 메커니즘을 사용하여 모두가 진실하게 행동했을 때의 전체 시스템 성능이 증가함을 보였다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.25-33
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• 2017

NOMA (Non-orthogonal multiple access) 시스템은 스펙트럼 효율이 높기 때문에 제5세대 이동통신 방식에서 다중화 방식으로 채택이 매우 유력하다. 본 논문에서는 사용자를 릴레이로 채택한 협동 NOMA 시스템에서 오수신율을 최소화하기 위한 최적의 전력 할당 방법에 관하여 연구하였다. 먼저 릴레이 사용자 및 선택 결합을 갖는 목적지 사용자의 오수신율을 유도한 후, 이를 바탕으로 협동 NOMA 시스템의 오수신율을 유도하였다. 해석적으로 유도한 결과는 Monte Carlo 시뮬레이션한 결과로 입증하였다. 유도한 시스템의 오수신율은 Convex 함수가 되기 때문에, 오수신율을 최저로 하는 전력할당 값을 최적의 전력할당 계수로 구하였다. 수치적인 계산 결과 목적지 사용자가 요구하는 전송용량이 커질수록 최적의 전력할당 계수가 증가하는 것을 알 수 있었다. 그리고 목적지 사용자의 전송용량이 고정된 경우, 릴레이 사용자가 요구하는 전송용량이 증가할수록 최적의 전력 할당계수는 감소하였다.

• Journal of Information Processing Systems
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• 제13권3호
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• pp.630-642
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• 2017

In this paper, we propose the opportunistic non-orthogonal multiple access (NOMA)-based cooperative relaying system (CRS) with channel state information (CSI) available at the source, where CSI for the source-to-destination and source-to-relay links is used for opportunistic transmission. Using the CSI, for opportunistic transmission, the source instantaneously chooses between the direct transmission and the cooperative NOMA transmission. We provide an asymptotic expression for the average achievable rate of the opportunistic NOMA-based CRS under Rayleigh fading channels. We verify the asymptotic analysis through Monte Carlo simulations, and compare the average achievable rates of the opportunistic NOMA-based CRS and the conventional one for various channel powers and power allocation coefficients used for NOMA.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.35-42
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• 2017

NOMA (Non-orthogonal multiple access) 시스템은 5세대 이동통신 시스템에서 요구하는 스펙트럼 효율과 시스템 성능을 만족시키는 유력한 다중화 기술이다. NOMA 시스템은 전력 도메인에서 여러 사용자를 동시에 전송하는데, 타 사용자들로 부터의 간섭을 제거하기 위하여 수신기에 SIC (Successive interference cancellation)를 채택하고 있다. 그러나 현실적으로 무선 페이딩 채널의 특성상 완벽한 SIC가 불가능하므로, SIC 에러가 NOMA 시스템에 미치는 영향에 대한 연구는 매우 필요하다. 본 논문에서는 SIC 에러가 존재할 때 협동 NOMA 시스템을 대상으로 하여 시스템의 오수신율을 해석적으로 유도하였고, 오수신율을 최소화하기 위한 최적의 전력할당을 구하였다. 또한 송신전력이 고정되었을 경우 SIC 에러에 따른 기지국과 릴레이 사이의 거리도 검토하였다. 유도한 결과는 Monte Carlo 시뮬레이션 결과와 비교하여 정확히 일치함을 확인하였다.

• ETRI Journal
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• 제43권4호
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• pp.758-768
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• 2021

In this work, the secrecy of a typical wireless cooperative dual-hop non-orthogonal multiple access (NOMA)-enabled decode-and-forward (DF) relay network is investigated with the impact of collaborative and non-collaborative eavesdropping. The system model consists of a source that broadcasts the multiplexed signal to two NOMA users via a DF relay, and information security against the eavesdropper nodes is provided by a helpful jammer. The performance metric is secrecy rate and ergodic secrecy capacity is approximated analytically. In addition, a differential evolution algorithm-based power allocation scheme is proposed to find the optimal power allocation factors for relay, jammer, and NOMA users by employing different jamming schemes. Furthermore, the secrecy rate analysis is validated at the NOMA users by adopting different jamming schemes such as without jamming (WJ) or conventional relaying, jamming (J), and with control jamming (CJ). Simulation results demonstrate the superiority of CJ over the J and WJ schemes. Finally, the proposed power allocation outperforms the fixed power allocation under all conditions considered in this work.

• ETRI Journal
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• 제42권6호
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• pp.846-858
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• 2020

The non-orthogonal multiple access (NOMA) technique offers throughput improvement to meet the demands of the future generation of wireless communication networks. The objective of this work is to further improve the throughput by including an underlay cognitive radio network with an existing multi-carrier NOMA network, using cooperative communication. The throughput is maximized by optimal resource allocation, namely, power allocation, subcarrier assignment, relay selection, user pairing, and subcarrier pairing. Optimal power allocation to the primary and secondary users is accomplished in a way that target rate constraints of the primary users are not affected. The throughput maximization is a combinatorial optimization problem, and the computational complexity increases as the number of users and/or subcarriers in the network increases. To this end, to reduce the computational complexity, a dynamic network resource allocation algorithm is proposed for combinatorial optimization. The simulation results show that the proposed network improves the throughput.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제14권1호
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• pp.20-39
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• 2020

This paper considers a downlink multi-carrier cooperative non-orthogonal multiple access (NOMA) transmission, where no direct link exists between the far user and the base station (BS), and the communication between them only relies on the assist of the near user. Firstly, the BS sends a superimposed signal of the far and the near user to the near user, and then the near user adopts simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) to split the received superimposed signal into two portions for energy harvesting and information decoding respectively. Afterwards, the near user forwards the signal of the far user by utilizing the harvested energy. A minimum data is required to ensure the quality of service (QoS) of the far user. We jointly optimize power allocation, subcarrier allocation, time allocation, the power allocation (PA) coefficient and the power splitting (PS) ratio to maximize the number of data bits received at the near user under the energy causality constraint, the minimum data constraint and the transmission power constraint. The block-coordinate descent method and the Lagrange duality method are used to obtain a suboptimal solution of this optimization problem. In the final simulation results, the superiority of the proposed NOMA scheme is confirmed compared with the benchmark NOMA schemes and the orthogonal multiple access (OMA) scheme.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제18권5호
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• pp.69-75
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• 2018

최근 제한된 스펙트럼 대역을 더욱 효율적으로 사용할 수 있는 비직교 다중화 (Non-orthogonal multiple access)방식이 차세대 이동통신 다중화 방식으로 주목받고 있다. 한편 스펙트럼 효율은 상황인지 무선통신으로도 높일 수 있는데, 상황인지 무선통신 방식은 비허가 사용자가 허가사용자에게 제한된 간섭을 주는 조건으로 동일한 스펙트럼을 이용할 수 있기 때문이다. 따라서 본 논문에서는 NOMA 시스템과 상황인지 방식을 결합하였을 때 상황인지 협동 NOMA 시스템의 성능을 분석하였다. 협동 통신을 위한 릴레이는 근거리 사용자 중에서 선택하였으며, 원거리 사용자는 선택결합을 가정하였다. 릴레이 및 원거리 사용자의 오수신율을 closed-form으로 유도하였으며, 수치적인 결과는 Monte Carlo 시뮬레이션 결과와 잘 일치하였다. 수치적인 해석결과 릴레이의 오수신율은 전력할당 계수에 따라서 영향을 받았으며, 주어진 조건에서 원거리 사용자의 전력할당계수가 0.86인 경우 오수신율이 가장 낮았다. 원거리 사용자의 오수신율은 주어진 상황 하에서 주파수 획득확률이 1인 경우에 비하여 0.5인 경우 $1{\times}10^{-13}$의 오수신율을 유지하기 위하여 15 dB 이상의 신호 대 잡음비가 더 필요하였다. 따라서 상황인지 릴레이의 주파수 획득확률에 따라서 원거리 사용자의 성능이 현저히 영향을 받음을 알 수 있었다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제16권5호
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• pp.69-76
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• 2016

본 논문에서는 5세대 이동통신 네트워크에서 도입하고자하는 순차 간섭제거(Successive interference cancellation)를 채택한 비직교 다중화(Non-orthogonal multiple access) 시스템에 협동 릴레이를 채택하였을 경우의 시스템 성능을 유도하였다. 그동안의 연구는 단순히 지정된 릴레이를 대상으로 연구가 진행되었지만 본 논문에서는 최대-최소 릴레이 선택법을 적용한 기회전송 증가 릴레이 시스템의 오수신율을 해석적으로 분석하였다. 그리고 현실적인 이동통신 환경을 고려하여 릴레이는 균일 포아송 분포로 모델링하였고, 시스템의 성능을 더욱 개선하기 위하여 목적지에서 최대비 합성(Maximal ration combining)을 적용하였다. 수치적인 해석 결과 원/근 사용자 송신전력비가 클수록 오수신율이 개선되었으며, 직접 경로만 사용하여 정보를 전송하는 경우보다 릴레이를 사용한 협동 시스템의 성능이 항상 우수함을 나타내었다. 또한 포아송 밀도가 높을수록 공간 다이버시티 이득이 커지고 결국 성능이 개선됨을 확인하였다.