Abstract
Huge data rates have been provided by 5G wireless communication systems using a millimetre wave(mm Wave) band that have frequencies ranging from 30 to 300 GHz. mm Wave provides about 10 times the bandwidth used in the existing 4G system. The 5G network deals with a massive number of devices. This presents many challenges including capacity, data rate, end to end delay, and a very large number of connections. In this paper, the main task is to apply network coding to a 5G mm Wave communication system to increase the throughput of the communication links. Simple packet-based network coding schemes using butterfly network topology are simulated. The two network coding schemes considered here are Physical Layer Network Coding (PLNC) and Network Layer Network Coding (NLNC). Models of Additive White Gaussian Noise (AWGN) and mm Wave indoor fading channels are considered in the work using Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) modulation. The results of the tests show that the use of both NLNC and PLNC improved throughput in comparison to the un coded system. Using PLNC increased the Bit Error Rate (BER) and the Packet Error Rate (PER), while the NLNC scheme shows almost identical error performance to the un coded system over the mm Wave fading channel. The NLNC presents better throughput performance, measured in Bits/s, by about 14% over the un coded system, whereas in terms of Packets/s, both the network coded and un coded systems have approximately identical throughput performance at very low SNR for the mm Wave channel. At high SNR, the results show that network coding improved throughput when compared to the non-coding case by about 25% at the expense of a slightly increased error rate
Keywords
5G system
Millimeter-wave
Network coding
Throughput
Abstract
تم توفير معدلات بيانات هائلة من خلال أنظمة الاتصالات اللاسلكية 5G باستخدام نطاق موجة مليمترية (موجة مم) بترددات تتراوح من 30 إلى 300 جيجا هرتز. توفر mm Wave حوالي 10 أضعاف عرض النطاق الترددي المستخدم في نظام 4G الحالي. تتعامل شبكة 5G مع عدد هائل من الأجهزة. يمثل هذا العديد من التحديات بما في ذلك السعة ومعدل البيانات والتأخير من البداية إلى النهاية وعدد كبير جدًا من الاتصالات. في هذا البحث، تتمثل المهمة الرئيسية في تطبيق تشفير الشبكة على نظام اتصالات موجة 5G مم لزيادة إنتاجية روابط الاتصال. تمت محاكاة مخططات تشفير الشبكة البسيطة القائمة على الرزم باستخدام طوبولوجيا شبكة الفراشة. نظاما ترميز الشبكة اللذان تم بحثهما هنا هما ترميز شبكة الطبقة المادية (PLNC) وترميز شبكة طبقة الشبكة (NLNC).يتم أخذ نماذج الضوضاء الغوسية البيضاء المضافة (AWGN) وقنوات الخبو الداخلية للموجة المليمترية بعين الاعتبار في العمل باستخدام تعديل مفتاح إزاحة الطور التربيعي (QPSK). تظهر نتائج الاختبارات أن استخدام كل من NLNC وPLNC أدى إلى تحسين الإنتاجية مقارنة بالنظام غير المشفر. يؤدي استخدام PLNC إلى زيادة معدل خطأ البت (BER) ومعدل خطأ الحزمة (PER)، بينما يُظهر مخطط NLNC أداء خطأ متطابقًا تقريبًا مع النظام غير المشفر عبر قناة خبو موجة مم. يقدم NLNC أداء إنتاجية أفضل، يتم قياسه بالبتات/الثانية، بحوالي 14% عبر النظام غير المشفر، بينما فيما يتعلق بالحزم/الحزم، تتمتع كل من الأنظمة المشفرة وغير المشفرة بأداء إنتاجي متطابق تقريبًا عند نسبة SNR منخفضة جدًا لـ مم قناة الموجة. عند نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) العالية، أظهرت النتائج أن تشفير الشبكة أدى إلى تحسين الإنتاجية بالمقارنة مع الحالة غير المشفرة بحوالي 25% على حساب معدل خطأ متزايد قليلاً
Keywords
ترميز الشبكات، موجات المليمتر، الإنتاجية، نظام الجيل الخامس (5G)