Published March 23, 2023
| Version v1
Publication
Open
Joint power control and user grouping mechanism for efficient uplink non‐orthogonal multiple access‐based 5G communication: Utilising the Lèvy‐flight firefly algorithm
Creators
- 1. Yarmouk University
- 2. Al Ain University of Science and Technology
- 3. Hashemite University
- 4. Jordan University of Science and Technology
Description
Abstract The non‐orthogonal multiple access strategies have shown promise to boost fifth generation and sixth generation wireless networks' spectral efficiency and enable large‐scale network access. Generally, user‐grouping, power‐management, and decoding‐order are essential components in ensuring optimal system performance. Hence, the user‐grouping and power‐management problem was investigated to maximise the spectral‐efficiency in non‐orthogonal multiple access uplink systems while reducing the computational complexity. This joint optimisation problem was previously studied in which several sub‐optimal polynomial‐time solutions were presented at the expense of a huge system and computational complexity. Therefore, a metaheuristic optimisation method, inspired by nature, called the Lévy‐flight firefly algorithm was utilised to tackle the power control and user grouping in non‐orthogonal multiple access systems such that the system performance is enhanced with reduced computational complexity. Also, the popular firefly algorithm is used to solve the same problem. The effectiveness of the presented method in achieving optimal solutions is measured through numerical evaluation. The simulation results demonstrate that the presented technique based on Lévy‐flight firefly algorithm for this Joint problem in the uplink non‐orthogonal multiple access system performs better in terms of spectral efficiency than the standard orthogonal multiple access. Furthermore, the presented technique outperforms the firefly algorithm‐based method while reducing system complexity in uplink non‐orthogonal multiple access systems with the same restriction.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الملخص أظهرت استراتيجيات الوصول المتعدد غيرالمتعامد وعودًا بتعزيز الكفاءة الطيفية للشبكات اللاسلكية من الجيل الخامس والجيل السادس وتمكين الوصول إلى الشبكة على نطاق واسع. بشكل عام، يعد تجميع المستخدمين وإدارة الطاقة وترتيب فك التشفير مكونات أساسية لضمان الأداء الأمثل للنظام. وبالتالي، تم التحقيق في مشكلة تجميع المستخدم وإدارة الطاقة لزيادة الكفاءة الطيفية في أنظمة الوصلة الصاعدة متعددة الوصول غيرالمتعامدة مع تقليل التعقيد الحسابي. تمت دراسة مشكلة التحسين المشترك هذه سابقًا حيث تم تقديم العديد من الحلول متعددة الحدود دونالمستوىالأمثل على حساب نظام ضخم وتعقيد حسابي. لذلك، تم استخدام طريقة تحسين metaheuristic، مستوحاة من الطبيعة، تسمى خوارزمية اليراع Lévy-flight لمعالجة التحكم في الطاقة وتجميع المستخدمين في أنظمة الوصول المتعددة غيرالمتعامدة بحيث يتم تحسين أداء النظام مع تقليل التعقيد الحسابي. أيضا، يتم استخدام خوارزمية اليراع الشعبية لحل نفس المشكلة. يتم قياس فعالية الطريقة المقدمة في تحقيق الحلول المثلى من خلال التقييم العددي. تُظهر نتائج المحاكاة أن التقنية المقدمة استنادًا إلى خوارزمية يراعة ليفي للطيران لهذه المشكلة المشتركة في نظام الوصول المتعدد غيرالمتعامد على الوصلة الصاعدة تؤدي أداءً أفضل من حيث الكفاءة الطيفية من الوصول المتعدد المتعامد القياسي. علاوة على ذلك، تتفوق التقنية المقدمة على الطريقة القائمةعلى خوارزمية اليراع مع تقليل تعقيد النظام في أنظمة الوصول المتعددة غيرالمتعامدة مع نفس القيد.Translated Description (French)
Résumé Les stratégies d'accès multiple nonorthogonales se sont révélées prometteuses pour améliorer l'efficacité spectrale des réseaux sans fil de cinquième et sixième générations et permettre un accès réseau à grandeéchelle. En général, le regroupement des utilisateurs, la gestion de l'alimentation et l'ordre de décodage sont des composants essentiels pour assurer des performances optimales du système. Par conséquent, le problème deregroupement d'utilisateurs et degestion de la puissance a été étudié pour maximiser l'efficacité spectrale dans les systèmes de liaison montante à accès multiple nonorthogonaux tout en réduisant la complexité de calcul. Ce problème d'optimisation conjointe a été précédemment étudié dans lequel plusieurs solutions de temps polynomial sous-optimales ont été présentées au détriment d'un système énorme et d'une complexité de calcul. Par conséquent, une méthode d'optimisation métaheuristique, inspirée par la nature, appelée algorithme Firefly de Lévy‐flight a été utilisée pour s'attaquer au contrôle de la puissance et au regroupement des utilisateurs dans les systèmes à accès multiple non orthogonaux, de sorte que les performances du système sont améliorées avec une complexité informatique réduite. En outre, l'algorithme firefly populaire est utilisé pour résoudre le même problème. L'efficacité de la méthode présentée pour obtenir des solutions optimales est mesurée par une évaluation numérique. Les résultats de simulation démontrent que la technique présentée basée sur l'algorithme firefly de Lévy‐flight pour ce problème conjoint dans le système d'accès multiple non orthogonal de liaison montante fonctionne mieux en termes d'efficacité spectrale que l'accès multiple orthogonal standard. En outre, la technique présentée surpasse le procédé basésur l'algorithme firefly tout en réduisant la complexité du système dans les systèmes d'accès multiple nonorthogonaux de liaison montante avec la même restriction.Translated Description (Spanish)
Resumen Las estrategias de acceso múltiple no ortogonal han demostrado ser prometedoras para aumentar la eficiencia espectral de las redes inalámbricas de quinta y sexta generación y permitir el acceso a la red a granescala. En general, la agrupación de usuarios, la administración de energía y el orden de decodificación son componentes esenciales para garantizar un rendimiento óptimo del sistema. Por lo tanto, se investigó el problema deagrupación de usuarios y gestión de potencia para maximizar la eficiencia espectral en sistemas de enlace ascendente de acceso múltiple no ortogonales al tiempo que se reduce la complejidad computacional. Este problema de optimización conjunta se estudió previamente en el que se presentaron varias soluciones detiempo polinómico subóptimas a expensas de un enorme sistema y complejidad computacional. Por lo tanto, se utilizó un método de optimización metaheurística, inspirado en la naturaleza, llamado algoritmo de luciérnaga de vuelo Lévy, para abordar el control de potencia y la agrupación de usuarios en sistemas de acceso múltiple no ortogonales, de modo que el rendimiento del sistema se mejora con una complejidad computacional reducida. Además, el popular algoritmo de luciérnaga se utiliza para resolver el mismo problema. La efectividad del método presentado para lograr soluciones óptimas se mide a través de la evaluación numérica. Los resultados de la simulación demuestran que la técnica presentada basada en el algoritmo de luciérnaga de vuelo de Lévy para este problema conjunto en el sistema de acceso múltiple no ortogonal de enlace ascendente funciona mejor en términos de eficiencia espectral que el acceso múltiple ortogonal estándar. Además, la técnica presentada supera el método basadoen el algoritmo Firefly al tiempo que reduce la complejidad del sistema en sistemas de acceso múltiple no ortogonales de enlace ascendente con la misma restricción.Files
ntw2.12084.pdf
Files
(16.0 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:cb18fe57c1dc92a3896c3f72881cdc41
|
16.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- آلية مشتركة للتحكم في الطاقة وتجميع المستخدمين من أجل اتصال 5G متعدد الوصول غير المتعامد: استخدام خوارزمية Lèvy-flight firefly
- Translated title (French)
- Mécanisme conjoint de contrôle de la puissance et de regroupement des utilisateurs pour une communication 5G efficace basée sur un accès multiple non orthogonal en liaison montante : utilisation de l'algorithme Firefly de Lèvy‐flight
- Translated title (Spanish)
- Mecanismo conjunto de control de potencia y agrupación de usuarios para una comunicación 5G eficiente basadaen acceso múltiple no ortogonal de enlace ascendente: utilización del algoritmo de luciérnaga devuelo de Lèvy
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4360869980
- DOI
- 10.1049/ntw2.12084
References
- https://openalex.org/W1523741643
- https://openalex.org/W1955291487
- https://openalex.org/W2166874862
- https://openalex.org/W2515756451
- https://openalex.org/W2749806326
- https://openalex.org/W2770544385
- https://openalex.org/W2789703398
- https://openalex.org/W2792070446
- https://openalex.org/W2857941047
- https://openalex.org/W2883483808
- https://openalex.org/W2897027921
- https://openalex.org/W2955905366
- https://openalex.org/W2956079899
- https://openalex.org/W2956151454
- https://openalex.org/W2962892189
- https://openalex.org/W2963336322
- https://openalex.org/W2989233061
- https://openalex.org/W3001987597
- https://openalex.org/W3004849605
- https://openalex.org/W3044120872
- https://openalex.org/W3081064983
- https://openalex.org/W3101450547
- https://openalex.org/W3114748381
- https://openalex.org/W3160567186
- https://openalex.org/W3204793405
- https://openalex.org/W3211173051
- https://openalex.org/W3215424406
- https://openalex.org/W4205790754
- https://openalex.org/W4210548680
- https://openalex.org/W4225687312