UAV-ISAC 기반 시스템에서 처리량 최대화를 위한 TDMA-NOMA 슬롯 할당 기법
- 주제(키워드) ISAC , UAV , NOMA , Throughput maximization , Slot allocation
- 주제(DDC) 355
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 임재성
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 국방디지털융합학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035643
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
무인 항공기 기반 통합 센싱-통신(Unmanned Aerial Vehicle-enabled Integrated Sensing and Communication, UAV-ISAC) 시스템은 통신과 센싱을 단일 플랫폼에서 통합하여 6G 네트워크의 핵심 기술로 주목받고 있다. 그러나 기존 시분할 다중 접속(Time Division Multiple Access, TDMA) 기반 자원 할당은 각 슬롯에 단일 사용자만 할당하여 스펙트럼 효율이 제한적이다. 본 연구는 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 기술을 UAV-ISAC 시스템에 통합하여 TDMA-NOMA 슬롯 할당 기법을 제안한다. 제안 기법은 센싱 필요 여부에 따라 타임슬롯을 통신 전용(CO) 슬롯과 센싱-통신(SC) 슬롯으로 분류한다. CO 슬롯에서는 2명의 사용자를 NOMA로 페어링하여 스펙트럼 효율을 향상시키고, SC 슬롯에서는 dual-function waveform 빔포밍을 통해 통신과 센싱을 동시에 수행한다. 핵심 기술로는 채널 이득 기반 동적 사용자 페어링, 연속 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC) 기반 전력 분할, 패널티 기반 완화와 교대 최적화를 결합한 이중 루프 최적화 알고리즘을 제시한다. 시뮬레이션 결과, 제안 기법은 다양한 센싱 제약 조건에서 기존 TDMA 기반 기법 대비 약 8-35%의 평균 전송률 향상을 달성하였다. 본 연구는 기존 TDMA 기반 주기적 센싱 프레임워크를 NOMA로 확장하여 스펙트럼 효율을 개선하는 방법론을 제시하였으며, 향후 현실적인 채널 모델, 불완전 SIC, 다중 UAV 환경으로 확장될 수 있다.
more초록/요약
Unmanned Aerial Vehicle-enabled Integrated Sensing and Communication (UAV-ISAC) systems have attracted significant attention as a core technology for 6G networks. However, conventional Time Division Multiple Access (TDMA)-based resource allocation has limited spectral efficiency as only a single user is allocated to each slot. This paper proposes a TDMA-NOMA slot allocation scheme that integrates Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) into UAV-ISAC systems through Communication-Only (CO) and Sensing-and-Communication (SC) slot separation. The scheme achieves a high average achievable rate by pairing two users with NOMA in CO slots, and allocates residual power to NOMA communication after securing the required sensing power in SC slots. Core technologies include channel gain-based dynamic user pairing, Successive Interference Cancellation (SIC)-based power split, and an optimization framework combining penalty-based relaxation and Alternating Optimization (AO) with a dual-loop structure. Simulation results show that the proposed scheme achieves approximately 8--35% improved average achievable rate compared to conventional TDMA-based schemes under various sensing constraint conditions. Although a communication-sensing trade-off exists where rate decreases as sensing constraints increase, the proposed scheme effectively enhances communication performance. This study extends TDMA-based periodic sensing by integrating NOMA to improve spectral efficiency, with potential extensions to realistic channel models, imperfect SIC, and multi-UAV environments.
more목차
제 1 장 서론 1
제 2 장 관련 연구 및 문제 제기 3
제 1 절 관련 연구 분석 3
제 2 절 기존 연구의 한계 및 문제 제기 5
제 3 장 TDMA-NOMA 슬롯 할당 기법 6
제 1 절 시스템 모델 7
1. UAV-ISAC 시스템 구성 8
2. TDMA-NOMA 슬롯 분리 구조 9
3. 통신 및 센싱 채널 모델 11
4. 신호 모델 및 전송률 13
5. 빔포밍 설계 15
제 2 절 최적화 문제 정의 17
제 3 절 TDMA-NOMA 슬롯 할당 알고리즘 20
1. 최적화 변수 초기화 24
가. 초기 궤적 설계 24
나. 이진 변수 초기화 25
다. 연속 변수 및 slack 변수 초기화 26
2. 패널티 기반 이진 완화 26
3. 슬롯별 빔포밍 벡터 결정 27
4. 사용자 페어링 및 역할 할당 29
가. CO 슬롯: NOMA 사용자 페어링 29
나. CO 슬롯: 전력 분할 전략 30
다. SC 슬롯: 단일 사용자 선택 31
5. SCA 기반 궤적 최적화 31
가. 궤적 최적화 문제의 비볼록성 32
나. 순차 볼록 근사(SCA) 기법 32
다. 물리적 제약 조건 33
라. 볼록 최적화 문제 정의 34
마. SCA 수렴 분석 34
6. 계산 복잡도 분석 35
제 4 장 성능 평가 36
제 1 절 시뮬레이션 환경 36
제 2 절 센싱 SNR 임계값(Γth)에 따른 성능 분석 39
제 3 절 센싱 주기(TL)에 따른 성능 분석 44
제 5 장 결론 49
참고문헌 50
Abstract 54
