[論文レビュー] Non-Orthogonal Multiple Access Performance for Millimeter Wave in Vehicular Communications

Baha Eddine Youcef Belmekki, Abdelkrim Hamza+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 2019

Millimeter-Wave Propagation and Modeling参考文献 33被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、確率的幾何学を用いて、交差点におけるミリ波車両通信における非直交多重アクセス（NOMA）を分析し、干渉をポアソン点過程としてモデル化し、遮蔽およびNakagami-m fadingを考慮している。閉形式のアウトージ確率式を導出し、NLOSリンクが干渉が少ないため、LOSリンクよりも優れた性能を示すことが判明した。NOMAは、mmWave V2XネットワークにおいてOMAに比べてスペクトル効率を顕著に向上させる。

ABSTRACT

In this paper, we study the performance of millimeter wave (mmWave) vehicular communications (VCs) using non-orthogonal multiple access scheme (NOMA) at road intersections, since there areas are more prone to accidents. We study the case when the intersection involves two perpendicular lanes, we then extend the study to an intersection with several lanes. The transmission occurs between a source, and two destinations. The transmission experiences interference originated from a set of vehicles that are distributed as a Poisson point process (PPP). Our analysis includes the effects of blockage from buildings and vehicles at intersections. Closed form outage probability expressions are obtained. We show that as the nodes reach the intersection, the outage probability increases. Counter-intuitively, we show that the non line of sigh (NLOS) scenario has a better performance than the line of sigh (LOS) scenario. Finally, we compare the performance of mmWave NOMA with OMA, and we show that NOMA offers a significant improvement over OMA mmWave vehicular networks. The analysis is verified by Monte-Carlo simulation.

研究の動機と目的

• 事故の発生確率が高い交差点におけるミリ波車両通信におけるNOMAの性能を評価すること。
• 直交する道路に分布する車両からの同周波数干渉をポアソン点過程としてモデル化すること。
• 建物および車両による遮蔽、およびLOSおよびNLOSリンクにおけるNakagami-m fadingを考慮すること。
• NOMAベースのmmWave V2Xシステムにおけるアウトージ確率の閉形式式を導出すること。
• mmWave車両通信ネットワークにおけるNOMAの性能を、直交多重アクセス（OMA）と比較すること。

提案手法

• 干渉車両を2次元ポアソン点過程でモデル化し、1つの送信機と2つの受信機を有するNOMAシステムを構築する。
• 確率的幾何学を用いて、XおよびY方向の道路からの干渉のラプラス変換を導出する。この際、LOSおよびNLOS状態を考慮する。
• PPPの確率生成関数（PGFL）を用いて干渉分布を計算し、閉形式のアウトージ確率式を導出する。
• LOSおよびNLOSリンクに異なるmパラメータを有するNakagami-m fadingを適用し、近似を避ける。
• チャネル利得と干渉電力に条件付けたNOMAシステム内の両ユーザーのアウトージ確率を導出する。
• さまざまなネットワーク構成において、モンテカルロシミュレーションを用いて解析結果を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 車両が交差点に近づくに従い、mmWave車両ネットワークにおけるNOMAのアウトージ確率はどのように変化するか？
• RQ2 建物および車両による遮蔽が、mmWave V2X通信におけるNOMA性能に与える影響は何か？
• RQ3 パスロスがより高いにもかかわらず、なぜNLOS状況がアウトージ確率の観点でLOS状況を上回るのか？
• RQ4 mmWave車両ネットワークにおいて、NOMAとOMAはスペクトル効率および信頼性の観点でどのように比較できるか？
• RQ5 Nakagami-m fadingおよび干渉源としての1次元ハイブリッドポアソン点過程（1D-HPPP）を考慮したmmWave V2XにおけるNOMAのアウトージ確率について、閉形式式を導出できるか？

主な発見

• 車両が交差点に近づくにつれて、周囲の車両からの干渉密度が上昇するため、アウトージ確率が上昇する。
• 直感に反して、NLOS状況はLOS状況よりも優れた性能を示す。主な要因は、高いパスロスにもかかわらず、同周波数干渉が少ないことである。
• mmWave車両通信ネットワークにおけるNOMAの導入は、OMAに比べてスペクトル効率を顕著に向上させ、アウトージ確率を低減する。
• Nakagami-m fadingおよび干渉源としての1D-HPPPを組み込んだNOMAユーザーの両方について、アウトージ確率の閉形式式が成功裏に導出された。
• モンテカルロシミュレーションによる検証から、導出した解析式の正確性が確認された。
• NOMAとOMAの性能差は、交差点に代表される高干渉環境において特に顕著に現れる。