지상-공중 NOMA 기반 UAV 통신시스템의 주파수 효율 최대화 기법 (Spectral Efficiency Maximization for UAV Communication Systems Based on Ground-Aerial NOMA)

서지정보

· 발행기관 : 한국통신학회
· 수록지 정보 : 한국통신학회논문지 / 48권 / 1호 / 12 ~ 22페이지
· 저자명 : 강길모, 신오순

초록

비직교 다중접속(Non-Orthogonal Multiple Access: NOMA) 기술은 높은 주파수 효율과 대규모 연결을 지원할수 있어 차세대 통신 네트워크 성능 향상의 주요 기술 중 하나이다. NOMA를 무인항공기(Unmanned Aerial Vehicle: UAV) 통신시스템 적용하기 위해서는 최적의 전력할당 및 부대역 스케쥴링(Sub-band Scheduling)이 수반되어야 한다. 본 논문에서는 Sparse Code Multiple Access (SCMA)를 이용하는 NOMA 기반의 지상 및 UAV 통신시스템의 자원 공유 모델을 기반으로 지상 사용자에 대한 Quality of Service (QoS) 요구사항을 만족하면서UAV 통신시스템의 주파수 효율을 최대화하는 알고리즘을 제안한다. 먼저 SCMA 코드북 할당 최적화 알고리즘을통해 지상 사용자의 주파수 효율을 최대화하고, UAV 통신은 지상 사용자의 QoS 요구조건을 만족하는 조건 하에서 지상 사용자와 주파수 자원을 공유하면서 주파수 효율을 최대화한다. 제안하는 최적화 문제는 UAV 통신을 위한 자원할당과 아울러 지상 사용자와 UAV의 송신 전력할당을 동시에 하는 혼합 정수(Mixed-Integer) 비볼록(Nonconvex) 문제이다. 이 문제의 해를 효율적으로 구하기 위한 방법으로 휴리스틱 탐색(Heuristic Search) 알고리즘과 1차 내부 근사화 기법을 제안한다. 모의실험을 통해 제안한 알고리즘의 수렴 특성 및 주파수 효율 성능을검증한다.

영어초록

Non-orthogonal multiple access (NOMA) technology is considered as one of promising technologies for improving the performance of next-generation wireless networks, owing to its high spectral efficiency and capability of supporting massive connectivity. To apply NOMA to unmanned aerial vehicle (UAV) communication systems, optimal power allocation and sub-band scheduling are important. Using a ground-aerial NOMA spectrum sharing model based on sparse code multiple access (SCMA), we propose an algorithm that maximizes the overall spectral efficiency of UAV communications while satisfying quality of service (QoS) requirements of ground users. First, the spectral efficiency of ground users is optimized via SCMA codebook assignments, and then, the spectral efficiency of UAV communications is maximized while satisfying the QoS requirements of ground users in terms of the minimum signal-to-interference-plus-noise ratio. The proposed optimization problem belongs to a mixed-integer nonconvex problem that optimizes resource allocation for UAV communications and joint power allocation for UAVs and ground users. To solve the problem efficiently, we utilize a heuristic search algorithm and the first-order inner approximation method. The convergence behavior and the spectral efficiency performance of the proposed algorithm are validated through simulation results.

참고자료

· 없음