Published January 1, 2021 | Version v1
Publication Open

Impact of Residual Hardware Impairment on the IoT Secrecy Performance of RIS-Assisted NOMA Networks

Creators

  • 1. Taiyuan University of Science and Technology
  • 2. ORCID
  • 3. Umm al-Qura University
  • 4. Taif University
  • 5. Abdul Wali Khan University Mardan

Description

Non-orthogonal multiple access (NOMA) technology is expected to effectively improve the spectrum efficiency of fifth-generation and later wireless networks. As a new technology, reconfigurable Intelligent surfaces (RIS) can achieve high spectral and energy efficiency with a low cost in wireless networks. These are achieved by integrating a great quantity of low-cost passive reflective units (RUs) on the plane. In this article, in order to meet the needs of high efficiency, low power consumption, and wide coverage, we combine RIS-assisted NOMA technology with the internet of things (IoT). Because in the actual wireless communication system, the residual hardware impairment (RHI) characteristics of the actual transceiver equipment will have an important impact on system secrecy performance. Therefore, the study will propose a single eavesdropper RIS-assisted downlink NOMA system with RHI (E-RHI-RIS-NOMA). The study will also investigate the impact of RHI on the physical layer security (PLS) performance of the system and the closed-form expression of the user's secrecy outage probability (SOP) is derived. Finally, the simulation results show that 1) the main factors affecting the SOP are the quantity of RUs in RIS, the transmit SNR, and the target data rate, 2) it is proved that the hardware impairment of the transceiver harms the system's secrecy outage performance while the severity of the impact of RHI on the system performance depends on the transmit SNR and target data rate. Moreover, RHI at different nodes has a different influence on system secrecy performance. 3) the system performance of RIS relying on NOMA is improved compared with orthogonal multiple access (OMA) and conventional NOMA.

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

Translated Description (Arabic)

من المتوقع أن تعمل تقنية الوصول المتعدد غير المتعامد (NOMA) على تحسين كفاءة الطيف الترددي للجيل الخامس والشبكات اللاسلكية اللاحقة بشكل فعال. وباعتبارها تقنية جديدة، يمكن للأسطح الذكية القابلة لإعادة التكوين (RIS) تحقيق كفاءة عالية في الطيف والطاقة بتكلفة منخفضة في الشبكات اللاسلكية. يتم تحقيق ذلك من خلال دمج كمية كبيرة من الوحدات الانعكاسية السلبية منخفضة التكلفة (RUs) على متن الطائرة. في هذه المقالة، من أجل تلبية احتياجات الكفاءة العالية، وانخفاض استهلاك الطاقة، والتغطية الواسعة، نجمع بين تقنية NOMA بمساعدة RIS وإنترنت الأشياء (IoT). لأنه في نظام الاتصالات اللاسلكية الفعلي، سيكون لخصائص ضعف الأجهزة المتبقية (RHI) لمعدات جهاز الإرسال والاستقبال الفعلي تأثير مهم على أداء سرية النظام. لذلك، ستقترح الدراسة نظام NOMA للوصلة الهابطة بمساعدة RIS مع RHI (E - RHI - RIS - NOMA). ستبحث الدراسة أيضًا في تأثير RHI على أداء أمان الطبقة المادية (PLS) للنظام والتعبير المغلق عن احتمال انقطاع سرية المستخدم (SOP). أخيرًا، تظهر نتائج المحاكاة أن 1) العوامل الرئيسية التي تؤثر على إجراءات التشغيل القياسية هي كمية RUs في RIS، و SNR المرسل، ومعدل البيانات المستهدف، 2) ثبت أن ضعف الأجهزة في جهاز الإرسال والاستقبال يضر بأداء انقطاع سرية النظام بينما تعتمد شدة تأثير RHI على أداء النظام على SNR المرسل ومعدل البيانات المستهدف. علاوة على ذلك، فإن RHI في العقد المختلفة لها تأثير مختلف على أداء سرية النظام. 3) تم تحسين أداء نظام RIS الذي يعتمد على NOMA مقارنة بالوصول المتعدد المتعامد (OMA) و NOMA التقليدي.

Translated Description (French)

La technologie d'accès multiple non orthogonal (NOMA) devrait améliorer efficacement l'efficacité spectrale des réseaux sans fil de cinquième génération et ultérieurs. En tant que nouvelle technologie, les surfaces intelligentes reconfigurables (ris) peuvent atteindre une efficacité spectrale et énergétique élevée avec un faible coût dans les réseaux sans fil. Ceux-ci sont obtenus en intégrant une grande quantité d'unités réfléchissantes passives (UR) à faible coût sur l'avion. Dans cet article, afin de répondre aux besoins de haute efficacité, de faible consommation d'énergie et de couverture étendue, nous combinons la technologie NOMA assistée par ris avec l'Internet des objets (IoT). Parce que dans le système de communication sans fil réel, les caractéristiques de détérioration matérielle résiduelle (RHI) de l'équipement émetteur-récepteur réel auront un impact important sur les performances de confidentialité du système. Par conséquent, l'étude proposera un système NOMA de liaison descendante assistée par ris à écoute unique avec RHI (E-RHI-RIS-NOMA). L'étude étudiera également l'impact de RHI sur les performances de sécurité de la couche physique (PLS) du système et l'expression en forme fermée de la probabilité de rupture de confidentialité (SOP) de l'utilisateur est dérivée. Enfin, les résultats de la simulation montrent que 1) les principaux facteurs affectant la pos sont la quantité de RU dans ris, le SNR de transmission et le débit de données cible, 2) il est prouvé que la défaillance matérielle de l'émetteur-récepteur nuit aux performances de la panne secrète du système tandis que la gravité de l'impact de RHI sur les performances du système dépend du SNR de transmission et du débit de données cible. De plus, RHI à différents nœuds a une influence différente sur les performances de confidentialité du système. 3) les performances du système ris reposant sur NOMA sont améliorées par rapport à l'accès multiple orthogonal (OMA) et au NOMA conventionnel.

Translated Description (Spanish)

Se espera que la tecnología de acceso múltiple no ortogonal (NOMA) mejore efectivamente la eficiencia del espectro de las redes inalámbricas de quinta generación y posteriores. Como nueva tecnología, las superficies inteligentes reconfigurables (RIS) pueden lograr una alta eficiencia espectral y energética con un bajo coste en redes inalámbricas. Estos se logran mediante la integración de una gran cantidad de unidades reflectantes pasivas (UR) de bajo coste en el plano. En este artículo, con el fin de satisfacer las necesidades de alta eficiencia, bajo consumo de energía y amplia cobertura, combinamos la tecnología NOMA asistida por RIS con el internet de las cosas (IoT). Debido a que en el sistema de comunicación inalámbrica real, las características de deterioro de hardware residual (RHI) del equipo transceptor real tendrán un impacto importante en el rendimiento del secreto del sistema. Por lo tanto, el estudio propondrá un único sistema de NOMA de enlace descendente asistido por RIS de espionaje con RHI (E-RHI-RIS-NOMA). El estudio también investigará el impacto de RHI en el rendimiento de la seguridad de la capa física (PLS) del sistema y se deriva la expresión de forma cerrada de la probabilidad de interrupción del secreto (SOP) del usuario. Finalmente, los resultados de la simulación muestran que 1) los principales factores que afectan el SOP son la cantidad de RU en RIS, la SNR de transmisión y la velocidad de datos objetivo, 2) se demuestra que el deterioro del hardware del transceptor perjudica el rendimiento de la interrupción del secreto del sistema, mientras que la gravedad del impacto de RHI en el rendimiento del sistema depende de la SNR de transmisión y la velocidad de datos objetivo. Además, la RHI en diferentes nodos tiene una influencia diferente en el rendimiento del secreto del sistema. 3) El rendimiento del sistema de RIS que depende de NOMA mejora en comparación con el acceso múltiple ortogonal (OMA) y NOMA convencional.

Files

09376864.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ 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
md5:6c3b936fbc7190ab68f76543bc06045a
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثير ضعف الأجهزة المتبقية على أداء سرية إنترنت الأشياء لشبكات NOMA المدعومة من RIS
Translated title (French)
Impact de la dépréciation du matériel résiduel sur les performances de confidentialité de l'IdO des réseaux NOMA assistés par ris
Translated title (Spanish)
Impacto del deterioro del hardware residual en el rendimiento del secreto de IoT de las redes NOMA asistidas por RIS

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3137849812
DOI
10.1109/access.2021.3065760

Is supplement to
https://openalex.org/W565335793 (Other)
https://openalex.org/W4360996312 (Other)
https://openalex.org/W2765236478 (Other)
https://openalex.org/W2601693592 (Other)
https://openalex.org/W2548963335 (Other)
https://openalex.org/W2529506699 (Other)
https://openalex.org/W2493929861 (Other)
https://openalex.org/W2475541339 (Other)
https://openalex.org/W2107199751 (Other)
https://openalex.org/W1604254364 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1676355938
  • https://openalex.org/W1970334960
  • https://openalex.org/W1972193396
  • https://openalex.org/W2037866776
  • https://openalex.org/W2107384724
  • https://openalex.org/W2128443658
  • https://openalex.org/W2277419020
  • https://openalex.org/W2560251073
  • https://openalex.org/W2769456309
  • https://openalex.org/W2782779428
  • https://openalex.org/W2792582743
  • https://openalex.org/W2795167939
  • https://openalex.org/W2805166665
  • https://openalex.org/W2904553760
  • https://openalex.org/W2911347524
  • https://openalex.org/W2940594448
  • https://openalex.org/W2945534522
  • https://openalex.org/W2949670636
  • https://openalex.org/W2963544986
  • https://openalex.org/W2964076076
  • https://openalex.org/W2965006566
  • https://openalex.org/W2968810373
  • https://openalex.org/W2974180474
  • https://openalex.org/W2974632202
  • https://openalex.org/W2975179610
  • https://openalex.org/W2989317886
  • https://openalex.org/W3003553362
  • https://openalex.org/W3016389642
  • https://openalex.org/W3021024154
  • https://openalex.org/W3022663626
  • https://openalex.org/W3027321015
  • https://openalex.org/W3042544305
  • https://openalex.org/W3092100014
  • https://openalex.org/W3098476189
  • https://openalex.org/W3102535235