In this paper, we propose bit-interleaved multiple access (BIMA) to enable Internet-of-Things (IoT) networks where a massive connection is required with limited resource blocks. First, by providing a true power allocation (PA) constraint for conventional NOMA with practical constraints, we demonstrate that it cannot support massive connections. To this end, we propose BIMA where there are no strict PA constraints, unlike conventional NOMA, thus allowing a high number of devices. We provide a comprehensive analytical framework for BIMA for all key performance indicators (KPIs) (i.e., ergodic capacity [EC], outage probability [OP], and bit error rate [BER]). We evaluate Jain's fairness index and proportional fairness index in terms of all KPIs. Based on the extensive computer simulations, we reveal that BIMA outperforms conventional NOMA significantly, with a performance gain of up to 20-30dB. This performance gain becomes greater when more devices are supported. BIMA provides a full diversity order and enables the implementation of an arbitrary number of devices and modulation orders, which is crucial for IoT networks in dense areas. BIMA guarantees a fairness system where none of the devices gets a severe performance and the sum-rate is shared in a fair manner among devices by guarantying QoS satisfaction. Finally, we provide an intense complexity and latency analysis and demonstrate that BIMA provides lower latency compared to conventional NOMA since it allows parallel computing at the receivers and no iterative operations are required. We show that BIMA reduces latency by up to 350\% for specific devices and 170\% on average.


翻译:本文提出了基于比特交错多址(BIMA)的方案,以满足物联网(IoT)网络中需要大量连接但仅有有限资源块时的需求。首先,通过为常规非正交多址(NOMA)提供严格的功率分配约束的实际约束,我们显示它无法支持大量连接。为此,我们提出BIMA,其不像常规NOMA那样具有严格的功率分配约束,因此可以允许更多的设备连接。我们为BIMA提供了全面的分析框架,涵盖所有关键的性能指标(即,人均容量[EC]、失效概率[OP]和误比特率[BER])。我们通过评估Jain's公平指数和比例公平指数,在所有性能指标方面实现公平性。基于大量的计算机模拟,我们发现BIMA明显优于常规NOMA,性能提升达到20-30dB。当BIMA支持更多设备时,性能提升更加显著。BIMA提供了全面的分集阶(diversity order),可以实现任意数量的设备和调制阶数,对于密集区域中的物联网网络至关重要。BIMA保证了公平性系统,保证设备之间的性能均衡,而且通过保证QoS满意度,总和速率在设备之间以公平的方式分享。最后,我们提供了密集度和延迟分析,并展示BIMA相比于常规NOMA具有较低的延迟,因为它允许接收机进行并行计算,并且不需要迭代操作。我们展示在特定设备上,BIMA的延迟降低高达350%,平均降低了170%。

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