NOMA-RA: protocolo de acesso aleatório baseado em múltiplo acesso não ortogonal para MIMO massivo

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Pereira, Hebert Douglas
• Orientador(a): Brante, Glauber Gomes de Oliveira
• Banca de defesa: Brante, Glauber Gomes de Oliveira , Rebelatto, Joao Luiz , Marinello Filho, Jose Carlos , Souza, Richard Demo , Sanchez, Samuel Montejo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Protocolos de acesso múltiplo; Internet das coisas; Sistemas de telefonia celular; Múltiplos sistemas de entrada-saída múltipla; Multiple access protocols; Internet of things; Cell phone systems; Multiple input-multiple output systems
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27985

Nesta tese, investigamos o problema do acesso aleatório (RA do inglês: Random Access) em um cenário MIMO massivo. Em redes 5G, os dispositivos/usuários que desejam se conectar com a estação base, (BS do inglês: Base Station) precisam escolher uma sequência piloto dentre um conjunto de sequências ortogonais disponíveis. Porém considerando o cenário de internet das coisas (IoT do inglês: Internet of Things), o número de usuários/dispositivos que tentam acessar a BS é muito maior do que o número de sequências pilotos disponíveis, com isso colisões podem ocorrer com frequência. Considerando esse cenário, o protocolo de resolução de colisão de usuário mais forte (SUCRe do inglês: Strongest-User Collision Resolution) é modificado para incluir um acesso múltiplo não ortogonal (NOMA do inglês: Non-Orthogonal Multiple Access). O protocolo proposto, NOMA-RA, permite resolver colisões entre usuários que tentam acessar o meio utilizando a mesma sequência piloto. Os resultados numéricos mostram que a estratégia proposta NOMA-RA atinge um melhor desempenho em termos sum-rate com menor atraso médio em comparação com o esquema SUCRe tradicional, mesmo considerando a estimativa de canal imperfeita e cancelamento sucessivo de interferência (SIC do inglês: Sucessive Interference Cancellation). Por exemplo, em um cenário em que 10 sequências piloto estão disponíveis e 20 dispositivos competem para acessar o canal, em comparação com o protocolo SUCRe, o atraso médio é reduzido em 30%, enquanto a sum-rate é melhorada em 33% e 22% considerando, respectivamente, decodificadores SIC perfeitos e imperfeitos, quando a imperfeição do SIC foi fixada em 10%. Além disso, a porcentagem de usuários que não conseguem acessar a BS nesta situação cai de 66,5% com SUCRe para 38,5% com o esquema proposto NOMA-RA.