NOMA multi-numerology and guard reduction methods in OFDM systems for 5g networks

Abstract

Non-orthogonal multiple access (NOMA) is a promising technique which outperforms the traditional multiple access schemes in many aspects. It uses superposition coding (SC) to share the available resources among the users and adopts successive interference cancellation (SIC) for multiuser detection (MUD). Detection is performed in the power domain where fairness can be supported through appropriate power allocation. Since power domain NOMA utilizes SC at the transmitter and SIC at the receiver, users cannot achieve equal rates and experience higher interference. In this thesis, a novel NOMA scheme is proposed for multi-numerology (NR) orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system, i.e., different subcarrier spacings (SCSs). The scheme uses the nature of mixed NR systems to reduce the constraints associated with the MUD operation. This scheme not only enhances the fairness among the users but it improves the bit error rate performance as well. Although the proposed scheme is less spectrally efficient than conventional NOMA schemes, it is still more spectrally efficient than orthogonal multiple access schemes. As another contribution, we propose a novel frame structure for fifth generation (5G) networks. Such the structure aims to increase the capability of adopting the NR in 5G networks. In particular, a common cyclic prefix is appended to multiple OFDM symbols. Therefore, adopting large SCSs or short OFDM symbols becomes more flexible and applicable.Dikgen olmayan çoklu erişim (NOMA) yöntemi, birçok yönden geleneksel çoklu erişim (MA) tekniklerini geride bırakan ve gelecekte kullanılması beklenen tekniklerden biridir. Kullanıma açık kaynakları kullanıcılar arasında paylaşmak için süper-pozisyon kodlaması (SC) kullanır ve çok kullanıcılı algılama (MUD) için ardışık girişim giderim (SIC) yöntemi kullanır. Sinyallerin tespiti ise adil olarak uygun güç tahsisi (PA) yöntemi ile güç uzayında gerçekleştirilir. NOMA güç alanı, alıcıda (RX) SC, vericide (TX) ise SIC kullanılması sebebiyle kullanıcılar eşit hızlara ulaşamaz ve daha yüksek bir girişim yaşayamaz. Bu tezde ise ¸coklu numeroloji (NR) dikgen frekans bölmeli ¸coğullama (OFDM) sistemi, yani farklı alt taşıyıcı aralıkları (SCS' ler) için yeni bir NOMA şeması önerilmiştir. Önerilen şema, MUD işlemiyle ilişkili kısıtlamaları azaltmak için karışık NR sistemlerinin doğal özelliklerini kullanır. Bu şema sadece kullanıcılar arasındaki adil uygulama oranını arttırmakla kalmaz, aynı zamanda bit hata oranı performansını da (BER) geliştirir. Önerilen plan geleneksel NOMA yöntemlerinden spektrum verimliliğin açısından daha az olsa da Dikgen çoklu erişim (OMA) şemalarından spektrum verimliliği açısından daha zengindir. Bu olumlu yönlere ek başka bir katkı da OFDM sistemlerinde gereken koruma ekleri, örneğin döngüsel öneki (CP) azaltmak için yeni bir alıcı verici tasarımı önermekteyiz. Bir dizi OFDM sembolü TX' de bir CP' ye eklenir. RX' de, genişletilmiş hızlı bir Fourier dönüşümü (FFT) çalışması, uzunluğun CP ile çıkartılmış sinyale eşittir. Sonuç olarak, dikgen olarak iletilen semboller yapıcı bir eklenti olarak eklenir. Bu matematiksel olarak kanıtlanmıştır. Sonuç olarak, çogullanmış sembolleri ayırmak için iki yaklaşım benimsenmiştir.