Published May 16, 2022 | Version v1
Publication Open

Performance of Hybrid Satellite-UAV NOMA Systems

Creators

  • 1. Benha University
  • 2. National University of Defense Technology
  • 3. Henan Polytechnic University
  • 4. Indian Institute of Information Technology Allahabad
  • 5. Idaho State University

Description

This paper investigates the performance of non-orthogonal multiple access (NOMA) based hybrid satellite-unmanned aerial vehicle (UAV) systems, where a low Earth orbit (LEO) satellite communicates with the ground users via a decode and forward (DF) UAV relay. We investigate a two NOMA users system, where a far user (FU) and a near user (NU) are served by the UAV which is located at a certain height above the origin of the coverage circle. The channel between satellite and UAV is assumed to follow a Shadowed-Rician fading and the channels between UAV and users are assumed to follow a Nakagami-m fading. New closed-form expressions of the outage probabilities for the two users and the system are derived. Different from other work in literature, we take into consideration different parameters affecting the total link budget. Additionally, we propose an algorithm for minimizing the system outage probability. The mathematical analysis is verified by extensive representative Monte-Carlo (MC) simulations. Finally, simulations are provided to demonstrate the impact of important parameters on the considered system as well as the superiority of the NOMA scheme the over reference scheme.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تبحث هذه الورقة في أداء أنظمة الطائرات بدون طيار الهجينة ذات الوصول المتعدد غير المتعامد (NOMA)، حيث يتصل القمر الصناعي ذو المدار الأرضي المنخفض (LEO) بالمستخدمين الأرضيين عبر مرحل الطائرات بدون طيار لفك التشفير والأمام (DF). نقوم بالتحقيق في نظام مستخدمين لآكلة الفم، حيث يتم خدمة مستخدم بعيد (FU) ومستخدم قريب (NU) بواسطة الطائرة بدون طيار الموجودة على ارتفاع معين فوق أصل دائرة التغطية. من المفترض أن تتبع القناة بين القمر الصناعي والطائرة بدون طيار تلاشي Shadowed - Rician ويفترض أن تتبع القنوات بين الطائرات بدون طيار والمستخدمين تلاشي Nakagami - m. يتم اشتقاق تعبيرات جديدة مغلقة الشكل لاحتمالات انقطاع الخدمة لكلا المستخدمين والنظام. بخلاف الأعمال الأخرى في الأدب، نأخذ في الاعتبار المعلمات المختلفة التي تؤثر على إجمالي ميزانية LINK. بالإضافة إلى ذلك، نقترح خوارزمية لتقليل احتمال انقطاع النظام. يتم التحقق من التحليل الرياضي من خلال محاكاة تمثيلية واسعة النطاق لمونت كارلو (MC). أخيرًا، يتم توفير عمليات المحاكاة لإثبات تأثير المعلمات المهمة على النظام المدروس بالإضافة إلى تفوق مخطط NOMA على المخطط المرجعي.

Translated Description (French)

Cet article étudie les performances des systèmes hybrides de véhicules aériens sans pilote (UAV) à accès multiple non orthogonal (NOMA), où un satellite en orbite terrestre basse (LEO) communique avec les utilisateurs au sol via un relais UAV décodé et avancé (DF). Nous enquêtons sur un système à deux utilisateurs NOMA, où un utilisateur lointain (FU) et un utilisateur proche (NU) sont desservis par l'UAV qui est situé à une certaine hauteur au-dessus de l'origine du cercle de couverture. Le canal entre le satellite et l'UAV est supposé suivre un évanouissement Shadowed-Rician et les canaux entre l'UAV et les utilisateurs sont supposés suivre un évanouissement Nakagami-m. De nouvelles expressions de forme fermée des probabilités de panne pour les deux utilisateurs et le système sont dérivées. Différent des autres travaux de la littérature, nous prenons en considération différents paramètres affectant le budget total du lien. De plus, nous proposons un algorithme pour minimiser la probabilité de panne du système. L'analyse mathématique est vérifiée par de nombreuses simulations Monte-Carlo (MC) représentatives. Enfin, des simulations sont fournies pour démontrer l'impact de paramètres importants sur le système considéré ainsi que la supériorité du schéma NOMA sur le schéma de référence.

Translated Description (Spanish)

Este documento investiga el rendimiento de los sistemas de vehículos aéreos no tripulados (UAV) híbridos basados en acceso múltiple no ortogonal (NOMA), donde un satélite de órbita terrestre baja (LEO) se comunica con los usuarios en tierra a través de un relé UAV de decodificación y avance (DF). Investigamos un sistema de dos usuarios de NOMA, donde un usuario lejano (FU) y un usuario cercano (NU) son atendidos por el UAV que se encuentra a una cierta altura sobre el origen del círculo de cobertura. Se supone que el canal entre el satélite y el UAV sigue un desvanecimiento Shadowed-Rician y se supone que los canales entre el UAV y los usuarios siguen un desvanecimiento Nakagami-m. Se derivan nuevas expresiones de forma cerrada de las probabilidades de interrupción para los dos usuarios y el sistema. A diferencia de otros trabajos en literatura, tomamos en consideración diferentes parámetros que afectan el presupuesto total de enlaces. Además, proponemos un algoritmo para minimizar la probabilidad de interrupción del sistema. El análisis matemático se verifica mediante extensas simulaciones representativas de Monte-Carlo (MC). Finalmente, se proporcionan simulaciones para demostrar el impacto de parámetros importantes en el sistema considerado, así como la superioridad del esquema NOMA sobre el esquema de referencia.

Files

34842393.pdf.pdf

Files (271.5 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:c42679a3ee4f17cf3904da4789548926
271.5 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
أداء أنظمة نوما الهجينة للأقمار الصناعية والطائرات بدون طيار
Translated title (French)
Performances des systèmes NOMA hybrides satellite-UAV
Translated title (Spanish)
Rendimiento de Sistemas Híbridos SATÉLITE-UAV NOMA

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4290996289
DOI
10.1109/icc45855.2022.9838335

Is supplement to
https://openalex.org/W602579583 (Other)
https://openalex.org/W4205376403 (Other)
https://openalex.org/W3199988476 (Other)
https://openalex.org/W3029457158 (Other)
https://openalex.org/W2899645533 (Other)
https://openalex.org/W2508657954 (Other)
https://openalex.org/W2392383081 (Other)
https://openalex.org/W2325965825 (Other)
https://openalex.org/W2013329914 (Other)
https://openalex.org/W1618102658 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1581058907
  • https://openalex.org/W1974610858
  • https://openalex.org/W2024016889
  • https://openalex.org/W2139794367
  • https://openalex.org/W2792996463
  • https://openalex.org/W2891597778
  • https://openalex.org/W2912958302
  • https://openalex.org/W2920137272
  • https://openalex.org/W2940954889
  • https://openalex.org/W2955795803
  • https://openalex.org/W2964145254
  • https://openalex.org/W2968713168
  • https://openalex.org/W2969638137
  • https://openalex.org/W2985713649
  • https://openalex.org/W2989770665
  • https://openalex.org/W2990204812
  • https://openalex.org/W2990606185
  • https://openalex.org/W2999707958
  • https://openalex.org/W3004018467
  • https://openalex.org/W3046377475
  • https://openalex.org/W3110469201
  • https://openalex.org/W3125989391
  • https://openalex.org/W3128770299
  • https://openalex.org/W3131311080
  • https://openalex.org/W3144736582
  • https://openalex.org/W3163316490
  • https://openalex.org/W3168465860
  • https://openalex.org/W3188494896
  • https://openalex.org/W3192467663
  • https://openalex.org/W3212659716
  • https://openalex.org/W4226468207