Efficient resource allocation for D2D communication in 5G cellular networks

Abstract

في السنوات الأخيرة، شهدنا نموا هائلا في عدد مستخدمي الهواتف المحمولة مما أدى الي زيادة كبيرة في حجم البينات المرسلة والمستقبلة عبر شبكات الخلوية لمواكبة هذا التطور، يتم التركيز على تطوير التقنيات للانتقال الي الجيل التالي من الشبكات الخلوية المعروف ب "الجيل الخامس" (.)5G تتضمن هذه التقنيات افراغ نواة الشبكة وتحسين استخدام الترددات والطاقة، وتقليل التأخير وزيادة الإنتاجية العامة. تلعب تكنولوجيا الاتصال من جهاز الى جهاز دورا مهما في تطوير أنظمة الجيل القادم حيث تمثل اتصالا مباشرا بين الأجهزة دون الحاجة الى المحطة الأساسية ومع ذلك تواجه هذه التقنية تحديات عدة. بما في ذلك تحسين استخدام الترددات وتحكم في الطاقة لتقليل التداخل وزيادة الإنتاجية العامة. ولهذا يقلل من تأخير الاتصال ويوسع نطاق التغطية للخلايا في الشبكات الخلوية، على الرغم من فوائده يمكن ان يؤدي هذا النوع من الاتصال الي التداخل مع الاتصالات الخلوية الأخرى في هذه المذكرة نقترح استخدام الخوارزمية الجينية لتقليل التداخل وزيادة كفاءة استخدام الطيف. الخوارزمية الجينية تتميز بقدرتها على تجنب الذروة المحلية وتتطور نحو الذروة المثالية من خلال استكشاف أجزاء متعددة من المساحات البحثية في نفس الوقت. نظرا لأن الشبكات الخلوية التي تعتمد على الاتصال من جهاز الي جهاز ) )D2Dتقلل من نسبة إشارة التداخل بالإضافة الى الضوضاء ( )SINRلضمان جودة الاتصال للمستخدمين الخلوين. تقييمات عددية تظهر أداء متفوق لهذه التقنية من حيث كفاءة الطيف وتقليل التداخل In recent years, we have witnessed a tremendous growth in the number of mobile phone users, which has led to a significant increase in the volume of data sent and received via cellular networks. To keep pace with this development, the focus is on developing technologies to move to the next generation of cellular networks known as “fifth generation” (5G).

Thes techniques include offloading the network core, improving frequency and power usage, reducing latency and increasing overall throughput. Device-to-device communication technology plays an important role in developing next generation systems, as it represents direct communication between devices without the need for a base station. However, this technology faces several challenges. Including improved frequency utilization and power control to reduce interference and increase overall productivity. This reduces communication delay and extends the coverage range for cells in cellular networks. Despite its benefits, this type of connection can cause interference with other cellular communications.

In this thesis, we propose to use a based genetic algorithm (GA) to reduce interference and increase spectrum utilization efficiency. The genetic algorithm is characterized by its ability to avoid a local peak and evolve towards a global peak by exploring multiple parts of the search space at the same time. Because cellular networks rely on device-to-device communication, they reduce the signal interference plus noise ratio (SINR) to ensure quality communication for cellular users. Numerical evaluations show superior performance of this technology in number of D2D served and the total achieved throughput.