[論文レビュー] Outage Analysis of Cooperative NOMA Using Maximum Ratio Combining at Intersections

Baha Eddine Youcef Belmekki, Abdelkrim Hamza+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 4, 2019

Advanced Wireless Communication Technologies参考文献 35被引用数 14

ひとこと要約

本稿は、交差点における車両通信のための協調的非直交多重アクセス（NOMA）方式と最大比率合成（MRC）を提案し、ストークスティックジオメトリを用いて同周波数干渉をモデル化する。閉形式の outage 確率式を導出し、MRC-NOMA が古典的な協調的 NOMA や MRC-OMA よりも顕著に優れていることを示しており、特に干渉が増加する交差点付近で顕著である。

ABSTRACT

The paper investigates the improvement of using maximum ratio combining (MRC) in cooperative vehicular communications (VCs) transmission schemes considering non-orthogonal multiple access scheme (NOMA) at intersections. The transmission occurs between a source and two destination nodes with a help of a relay. The transmission is subject to interference originated from vehicles that are located on the roads. Closed form outage probability expressions are obtained. We compare the performance of MRC cooperative NOMA with a classical cooperative NOMA, and show that implementing MRC in cooperative NOMA transmission offers a significant improvement over the classical cooperative NOMA in terms of outage probability. We also compare the performance of MRC cooperative NOMA with MRC cooperative orthogonal multiple access (OMA), and we show that NOMA has a better performance than OMA. Finally, we show that the outage probability increases when the nodes come closer to the intersection, and that using MRC considering NOMA improves the performance in this context. The analysis is verified with Monte Carlo simulations.

研究の動機と目的

• 交差点における協調的 NOMA の同周波数干渉の影響を分析すること。
• 協調的 NOMA 伝送方式における最大比率合成（MRC）の導入による性能向上を評価すること。
• outage 確率の観点から、MRC-NOMA を古典的協調的 NOMA および MRC-OMA と比較すること。
• ノードが交差点に近づくにつれてシステムの信頼性や MRC-NOMA の有効性がどのように変化するかを調査すること。
• モンテカルロシミュレーションを用いて理論的結果を検証すること。

提案手法

• 2本の直交する道路からの車両による干渉を、1次元均一ポアソン点過程（1D-HPPP）でモデル化する。
• ストークスティックジオメトリを適用し、各受信機における両方の道路からの集約干渉のラプラス変換を導出する。
• リレーや受信ノードにおける信号対干渉加算ノイズ比（SINR）を分析することにより、MRC-NOMA における outage 確率の閉形式式を導出する。
• PPP の確率生成関数（PGFL）を用いて干渉分布と干渉電力のラプラス変換を計算する。
• チャネルゲインに Nakagami-m fading を適用し、NOMA における電力ドメイン多重と異なる電力割当係数を考慮する。
• ノードが交差点から異なる距離にある状況において、理論的結果をモンテカルロシミュレーションで検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 交差点シナリオにおいて、協調的 NOMA に MRC を適用することで、古典的協調的 NOMA と比較して outage 確率にどのような影響を与えるか？
• RQ2 同じ干渉および路損失条件下で、MRC-NOMA は MRC-OMA よりもどの程度 outage 確率の観点で優れているか？
• RQ3 送信ノードおよびリレーノードが交差点に近づくにつれて、outage 確率はどのように変化するか？
• RQ4 2本の道路からの同周波数干渉を伴う車両ネットワークにおける MRC-NOMA の outage 確率の解析的式は何か？
• RQ5 シミュレーション結果と照合した場合、導出された閉形式の outage 確率式の精度はどの程度か？

主な発見

• MRC-NOMA は、交差点付近で干渉が顕著に増加する高干渉領域において、古典的協調的 NOMA よりも顕著な outage 確率の低減を達成する。
• ノードが交差点に近づくと、同周波数干渉が増加するため outage 確率が上昇するが、MRC-NOMA はこの劣化を効果的に緩和する。
• outage 確率の観点から、MRC-NOMA は MRC-OMA よりも優れていることが確認され、車両ネットワークにおける NOMA のスペクトル効率の優位性が裏付けられる。
• 干渉のラプラス変換を用いて、閉形式の outage 確率式を導出し、モンテカルロシミュレーションによる高い精度での妥当性を検証した。
• 導出された式は路損失、ノードの交差点からの距離、および電力割当係数に依存しており、2つのしきい値パラメータの最大値に明示的な依存関係を示す。
• α=2 の場合、各道路からの干渉のラプラス変換が閉形式で exp(−pλX sπ / √(my² + s)) として導出され、outage 分析が容易になる。