Publication: Development of enhanced FBMC and dynamic spectrum allocation scheme for interference mitigation in 5G heterogeneous network
dc.contributor.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | en_US |
dc.contributor.author | Nurzati Iwani Othman | en_US |
dc.contributor.supervisor | Ahmad Fadzil Ismail, Ph.D | en_US |
dc.contributor.supervisor | Khairayu Badron, Ph.D | en_US |
dc.contributor.supervisor | Md. Rafiqul Islam, Ph.D | en_US |
dc.date.accessioned | 2024-10-07T03:02:12Z | |
dc.date.available | 2024-10-07T03:02:12Z | |
dc.date.issued | 2023 | |
dc.description.abstract | The 4G network implements Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) as its multiplexing method. Using the said method, the network is expected to be able to cope with severe channel conditions without the use of complex equalization filters. However, very high Peak to Average Power Ratio (PAPR) and Out-of-Band (OOB) emissions are still being experienced where the system’s throughput and spectrum efficiency are significantly reduced. Maxis, one of the major telco operators in Malaysia, reported that they experienced a 33% in speed reduction for its 4G network throughout the year 2019. The currently dedicated spectrum for 4G is reaching its limits and there is a large as well as growing demand for wireless access and applications. The strategies for more intelligent use of the spectrum are urgently required. Thus, in this research, the overall objective is to assemble a new augmented multiplexing method and an enhanced spectrum management technique. The newly proposed multiplexing method for the future 5G is called the Filter Bank Multicarrier (FBMC) with a Lowpass Windowed Finite Impulse Response (FIR) filter (LWF-FBMC). The improved interference management procedure is identified as enhanced dynamic spectrum allocation (E-DSA) that incorporates a cooperative type of Game Theory (GT) called the Nash bargaining solution. These two proposed solutions are very much hoped to be able to maximize the throughput requirements of 5G. In addition, it is expected to address the interference mitigation aspects. This study utilized three types of Software Defined Radios (SDRs) for designing and analyzing the configurations. The SDRs used were the LabVIEW Communications System Design Suite (LV Comm), GNU Radio, and MATLAB software. For hardware implementation, the National Instrument’s Universal Software Radio Peripheral reconfigurable I/O (NI USRP RIO) was used. In the methodology, the construction of the newly proposed LWF-FBMC was done using the LV Comm. The power spectral density (PSD) analyses between OFDM and LWF-FBMC were carried out to compare their level of OOB emissions by analyzing their power spectral densities. In developing the E-DSA, the effectiveness of the DSA for 4G was first analyzed using GNU Radio. The algorithm was then enhanced to be E-DSA and tested in an urban 5G heterogeneous network scenario that involves both macrocell and microcell users. The simulated configurations were then integrated with the NI USRP RIO transceiver to compare their power spectral densities in real-time. For the results, it was shown that the LWF-FBMC can achieve higher spectral efficiency than the OFDM by 15.4%. The newly configured E-DSA scheme can improve the 5G network’s throughput by 104% when compared with the DSA for 4G network. The NI USRP RIO’s results also indicated that the spectral efficiency of LWF-FBMC is higher by 50% than that of OFDM. However, for the simulation-hardware integration part, only the multiplexing methods were compared without analyzing the effects of implementing E-DSA due to the limited time and resources. For future works, it is best to examine this as well. In conclusion, with these improvements, it can be said that both methods, the LWF-FBMC and the E-DSA can help in alleviating the interference for the up-and-coming 5G system. | en_US |
dc.description.abstractarabic | تنفذ شبكة G4 تعدّد الإرسال لشعبة التّردّد المتعامد (OFDM) بوصفها طريقة تعدّد الإرسال. يجب أن يكون قادرًا على التّعامل مع ظروف القناة الشّديدة دون استخدام مرشحات المعادلة المعقدة. ومع ذلك، فإنّ نسبة الذّروة إلى متوسّط الطّاقة (PAPR) وانبعاثات خارج النّطاق (OOB) التي يعاني منها OFDM تقلّل بشكل كبير من إنتاجية النّظام وكفاءة طيفه. فعلى سبيل المثال، أبلغت إحدى شركات ذات مشغلي الاتصالات الرّئيسيّة في ماليزيا، معروف باسم ماكسيس (Maxis) عن حدوث انخفاض بنسبة 33٪ في السّرعة لشبكة G4 على مدار عام 2019م. يصل الطّيف المخصّص حاليًا لـ G4 إلى حدوده وهناك طلب كبير ومتزايد على الوصول اللّاسلكي والتّطبيقات. وافتقرت حاجة ماسّة إلى استراتيجيات للاستخدام الأكثر ذكاءً للطيف. ومن ثمَّ في هذا البحث، فيركز الهدف العام إلى تجميع طريقة تعدّد الإرسال المعزّزة الجديدة وتقنية إدارة الطّيف المعزّز. تسمّى طريقة الإرسال المتعدد المقترحة حديثًا لشبكة الجيل الخامس المستقبلية Filter Bank Multicarrier (FBMC) مع مرشح Lowpass Windowed Finite Impulse Response (FIR) (LWF-FBMC. تم تحديد إجراء الإدارة المحسن على أنه تمّ توزيع الطّيف الدّيناميكي المحسن (E-DSA) الذي يتضمّن نوعًا تعاونيًا من نظرية اللّعبة (GT) يسمّى حلّ مساومة ناش. ومن المتوقع على أن يكون هذان الحلّان الجديدان المقترحان قادريْن على استيعاب الكفاءة الطّيفية العالية وتعظيم متطلّبات إنتاجية G5. وحملاً على ما مرّ، فإنّ من المتوقع أن يعالج جوانب التّخفيف من التّداخل. اعتمدت هذه الدّراسة على ثلاثة أنواع من أجهزة الرّاديو المحدّدة للبرامج (SDRs) لتصميم وتحليل التّكوينات. كانت SDRs المستخدمة هي (LabVIEW Communications Design Suite (LV Comm وGNU Radio وMATLAB. للتّحقّق من صحّة تصاميم المحاكاة، تمّ استخدام I/O الطّرفي للرّاديو العالمي التّابع للأداة الوطنيّة (NI USRP RIO). وتقوم هذه الدّراسة على المنهج أي تم تحديد أداء الكفاءات الطّيفيّة بين OFDM النّموذجيّ وFBMC باستخدام برنامج MATLAB. ومن ثمّ، تمّ بناء LWF-FBMC المقترح حديثًا باستخدام LV Common. وتمّ إجراء تحليلات كثافة طيف الطّاقة (PSD) بين OFDM و LWF-FBMC لمقارنة كفاءاتهم الطّيفية. عند تطوير E-DSA، تمّ تحليل فعاليّة DSA لـ G4 أولاً باستخدام راديو GNU. بعد ذلك تحسين الخوارزمية لتكون E-DSA واختبارها في سيناريو شبكة G5 غير متجانس حضري يتضمّن مستخدمي macrocell وmicrocell. تمّ التّحقّق من صحّة التّكوينات المحاكاة باستخدام جهاز الإرسال والاستقبال RIO NI USRP لمقارنة كفاءاتها الطّيفية في الوقت الفعلي. بالنّسبة للنّتائج، تمّ توضيح أن LWF-FBMC يمكن أن تحقّق كفاءة طيفيّة أعلى من OFDM بنسبة 15.4٪. يمكن لمخطط E-DSA المعد حديثًا تحسين إنتاجيّة شبكة G5 بنسبة 144٪، ممّا يشير إلى أنه يمكن تخفيف التّداخل. وأشارت نتائج NI USRP RIO أيضًا إلى أن الكفاءة الطّيفية لـ LWF-FBMC أعلى بنسبة 50٪ من OFDM. مع هذه التّحسينات، يمكن القول إن كلتا الطّريقتين، LWF-FBMC و E-DSA يمكن أن تساعد في تخفيف التّداخل لنظام G5 الصاعد. | en_US |
dc.description.callnumber | et TK 5103.25 N974D 2023 | |
dc.description.cpsemail | cps2u@iium.edu.my | en_US |
dc.description.degreelevel | Doctoral | |
dc.description.email | nurzati.iwani90@yahoo.com | en_US |
dc.description.identifier | Thesis : Development of enhanced FBMC and dynamic spectrum allocation scheme for interference mitigation in 5G heterogeneous network / by Nurzati Iwani Binti Othman | |
dc.description.identity | G1815026NurzatiIwaniBintiOthman | en_US |
dc.description.kulliyah | Kulliyyah of Engineering | en_US |
dc.description.nationality | MALAYSIA | en_US |
dc.description.notes | Thesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2023. | en_US |
dc.description.physicaldescription | 1 online resource (xvi, 122 leaves) ; color illustrations. | en_US |
dc.description.programme | Doctor of Philosophy (Engineering) | en_US |
dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/2950 | |
dc.language.iso | en | en_US |
dc.publisher | Kuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2023 | en_US |
dc.rights | JOINTLY OWNED WITH A THIRD PARTY(S) AND/OR IIUM | |
dc.subject.lcsh | 5G mobile communication systems | |
dc.subject.lcsh | Cell phone systems -- Protection | |
dc.title | Development of enhanced FBMC and dynamic spectrum allocation scheme for interference mitigation in 5G heterogeneous network | |
dc.type | Doctoral Thesis | en_US |
dspace.entity.type | Publication |