ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………..6
1 ОБЗОР СИСТЕМЫ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ…………………………………..15
1.1 Цифровая модуляция и обнаружение…………………………………………..15
1.1.1 Амплитудная и фазовая модуляция………………………………………….16
1.1.2 Квадратурная амплитудная модуляция (Quadrature Amplitude Modulation,
MQAM)……………………………………………………………………………...17
1.2 Обзор существующих беспроводных технологий……………………………..19
1.3 Безопасность и конфиденциальность технологий 5G………………………….20
1.3.1 PHY Безопасность…………………………………………………………….21
1.3.2 Неортогональный множественный доступ (NOMA)……………………….21
1.4 Машинное обучение для беспроводной связи………………………………….23
1.5 Технические ограничения в реализации NOMA……………………………….25
1.6 Заключение главы………………………………………………………………..26
2 ВНЕДРЕНИЕ НЕОРТОГОНАЛЬНОГО МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА
(NOMA) ДЛЯ СИСТЕМЫ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ……………………………..27
2.1 Неортогональный множественный доступ……………………………………..28
2.2 Мультиплексирование домена питания (PDM) NOMA………………………..30
2.2.1 NOMA для нисходящей связи……………………………………………….31
2.2.2 NOMA для восходящей линии……………………………………………….34
2.3 Обзор литературы…………………………………………………………..........37
2.3.1 NOMA для базовой системы беспроводной связи………………………….37
2.3.2 NOMA с интеллектуальной транспортной системой……………………….40
2.3.3 NOMA для WPT и SWIPT…………………………………………………….43
2.3.4 NOMA для полнодуплексной беспроводной связи…………………………45
2.4 Интеграция полного дуплекса в 5G & Beyond………………………………….50
2.5 Внедрение NOMA в технологии за пределами 5G……………………………..51
2.6 Заключение главы………………………………………………………………..53
3
3 НЕОРТОГОНАЛЬНЫЙ МНОЖЕСТВЕННЫЙ ДОСТУП
НА ОСНОВЕ МОДУЛЯЦИИ………………………………………………………...54
3.1 Алгоритм NOMA на основе модуляции………………………………………..55
3.2 Полудуплексный (HD) M-NOMA……………………………………………….59
3.2.1 Два пользователя с одной передающей станцией…………………………..59
3.2.1.1 M-NOMA с каналом AWGN………………………………………………59
3.2.2 Четыре пользователя с одной передающей станцией………………………64
3.2.2.1 M-NOMA с плоским затухающим каналом……………………………...64
3.2.3 Интеллектуальная транспортная система для поддержки сверхнадежной
связи с низкой задержкой (URLLC) для K транспортных средств……………….70
3.2.3.1 Модель системы…………………………………………………………...71
3.2.3.2 Прямая связь……………………………………………………………….73
3.2.3.2.1 Расчет отношения сигнал/помеха плюс шум…………………………74
3.2.3.2.2 Вычисление достижимой скорости передачи данных……………….75
3.2.3.3 Совместная коммуникация DF……………………………………………75
3.2.3.4 Аналитическая часть………………………………………………………76
3.2.3.4.1 Частота ошибок символов (SER)……………………………………...76
3.2.3.4.2 Задача оптимизации SER………………………………………………78
3.2.4 BEEM-NOMA для четырехфункциональной системы……………………..81
3.2.4.1 Связь BEEM-NOMA………………………………………………………81
3.2.5 BEEM-NOMA для ITS с MLGA……………………………………………...84
3.2.5.1 Модель системы…………………………………………………………...84
3.2.5.1.1 Связь "точка-точка"……………………………………………………87
3.2.5.1.2 Совместная коммуникация для BEEM-NOMA………………………89
3.2.5.1.3 Реализация генетического алгоритма машинного обучения………..90
3.3 Внутриполосная полнодуплексная связь (In-Band Full Duplex, IBFD)
с разработанным алгоритмом компонент-форвард (CF)……………………………91
3.3.1 IBFD-CF для типовой системы связи………………………………………..92
3.3.1.1 Мотивация и вклад………………………………………………………...92
3.3.1.2 Модель системы…………………………………………………………...94
4
3.3.1.3 Добавление искусственного шума для повышения безопасности……..97
3.3.1.4 Системный анализ…………………………………………………………98
3.3.1.5 Оценка эффективности……………………………………………………98
3.3.1.5.1 Расчет емкости секретности…………………………………………...98
3.3.1.5.2 Выбор передатчика…………………………………………………….99
3.3.1.5.3 Вычисление вероятности отключения секретности (SOP)…………100
3.3.1.5.4 Сбор радиочастотной энергии……………………………………….101
3.3.1.5.5 Оценка пропускной способности секретности……………………..102
3.3.2 IBFD для NOMA ITS с MLGA………………………………………………102
3.3.2.1 Мотивация и вклад……………………………………………………….102
3.3.2.2 Модель системы………………………………………………………….103
3.3.2.3 Добавление искусственного шума для повышения безопасности……106
3.3.2.4 Системный анализ………………………………………………………..106
3.3.3 Полный дуплекс с NOMA для IoT и ML……………………………………107
3.3.3.1 Оптимизация на основе генетического алгоритма машинного
обучения………………………………………………………………………….108
3.3.3.2 Проблемы оптимизации емкости секретности сумм………………….109
3.4 Заключение главы………………………………………………………………111
4 ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ НЕОРТОГОНАЛЬНОГО
МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА НА ОСНОВЕ МОДУЛЯЦИИ……………….112
4.1 Оценка производительности для HD M-NOMA……………………………...112
4.1.1 Два пользователя с одной передающей станцией (канал AWGN)…….…112
4.1.2 Четыре пользователя с одной передающей станцией (плоский затухающий
канал)……………………………………………………………………………....117
4.1.3 ITS для поддержки URLLC в системе K транспортных средств…………121
4.2 BEEM-NOMA для четырехфункциональной системы……………………….129
4.2.1 M-NOMA: эффективная система…………………………………………...129
4.3 BEEM-NOMA для ITS с MLGA………………………………………………..131
4.4 IBFD с использованием алгоритма “компонент-форвард”…………………..134
4.4.1 IBFD-CF для типовой системы связи………………………………………134
5
4.4.2 IBFD для NOMA ITS с MLGA………………………………………………139
4.5 Заключение главы………………………………………………………………141
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………143
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ………………………………………………………….152
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………...166
СПИСОК РИСУНКОВ………………………………………………………………178
СПИСОК ТАБЛИЦ…………………………………………………………………..183
ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………………...184
Приложение А………………………………………………………………………184
Приложение B………………………………………………………………………185
Приложение C………………………………………………………………………186
Приложение D………………………………………………………………………187
Приложение E………………………………………………………………………188
Приложение F………………………………………………………………………189
Приложение G………………………………………………………………………190
