I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   16 ,   N o .   2 N o v e m b e r   201 9 ,   pp 793 ~ 802   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 6 .i 2 . pp793 - 802     793       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i ae s c or e . c om / j our na l s / i nde x . php/ i j e e c s   A n   E f f i c i e n t   T wo - S t a g e   U se r   A ss o c i a t i o n   S c h e m e   f o r   G r e e n     C - RAN  S y st e m s       I .   S h .   H b u r i ,   H .   F .   K h a z aa l   D e pa r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E ng i n e e r i ng ,   W a s i t   U n i v e r s i t y ,   I r a q       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T     Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d   D e c   2 9 ,   2018   R e v i s e Ma y 1 ,   2019   A c c e pt e d   M a y   26 ,   20 1 9       T hi s   pa pe r   a ddr e s s e s   t he   e ne r gy   e f f i c i e nc y   ( E E )   ba s e u s e r - a s s o c i a t i o pr o bl e m   i c l o ud  r a d i o - a c c e s s   ne t w o r k .   I s pe c i f i c ,   a   l o w - c o m pl e xi t y   2 - s t a g e   i t e r a t i v e   a l g o r i t hm   i s   de v e l o pe f o r   t hi s   pu r po s e   by   j o i nt l y   e m pl oy i ng   t he   c oo r di na t e m u l t i - po i nt   ( C o M P )   a nd  u s e r - c l us t e r i ng   t e c hn i qu e s .   T he   f i r s t   s t a g e   o f   t he   a l g o r i t hm   a pp l i e s   a   g r e e dy   s e a r c t o   f o r m   us e r - c l us t e r   a n a c t i v a t e   c o r r e s po nde r e m o t e   r a d i o   he a ds   ( R R H s )   f o r   C o M P   t r a ns m i s s i o n ,   o nl y   a R R H   j   w i t g o o c ha nne l   g a i c o ul b e   i nc l ude i n   t h e   s e r v i ng   c l us t e r   o f   us e r   k.   N e x t ,   i t he   s e c o nd  s t a g e ,   a   r e - c l u s t e r i ng   pr o c e dur e   i s   ut i l i z e t o   m i t i g a t e   i nt e r - c l us t e r   i n t e r f e r e nc e   ( I C I )   a nd  a s s i g o pt i m a l   po w e r   f o r   s c he dul e d   us e r s .   O ur   o bt a i n e f i ndi ng s   c o nf i r m   t ha t   t he   t r a ns m i t   po w e r ,   R R H   de n s i t y ,   a nd  t h e   n um be r   o f   us e r s   s e r v e by   t he s e   R R H s   c a s i g ni f i c a n t l y   a f f e c t   t he   E E .   A l s o ,   t he   r e s ul t s   s ho w   t h a t   und e r   c e r t a i s y s t e m   s e t t i ng s   t he   p r o po s e s c he m e   c a e nha nc e   t h e   E E   by   a l m o s t   39 . 6 %   c om pa r e d   t o   c o nv e nt i o na l   C o M P   w i t ho u t   u s e r   c l us t e r i ng   t e c hni que .   Ke y w or ds :   Cl o ud  r a di o   a c c e s s   n e t w o r ks   Co o r di na t e d   m u l t i - po i n t   E n e rgy   e ff i c i e n c y   U s e r   s c h e du l i n g   C opy r i gh t   ©   201 9   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   Is m a i l   H b ur i ,     D e pa rt m e n t   o f   E l e c t ri c a l   E ngi n e e ri n g ,   W a s i t   U ni v e r s i t y ,   Al - R a b e e   D i s t r i c t   K ut ,   W a s i t ,   I ra q .   E m a i l :   Is m a i l . h b u r i @ b r u n e l . a c . uk       1.   I N TR O D U C TI O N   B ac k gr ound :   Cl o ud  r a di o - a c c e s s   n e t w o r (C - R A N i s   re c o gn i z e a s   a n   e m e r g i n n e t w o r k - a r c hi t e c t u r e   fo r   f i f t h   ge n e r a t i o n   (5G n e t w o r ks   t ha t   p r o v i de s   s i gn i f i c a n t   p r o m i s e s   i n   s uppo r t i n b o t h   t h e   e n e r gy   e f f i c i e n c y   (E E a nd  t h e   s pe c t r u m   e ff i c i e n c y   (S E ).   In   C - R A N ,   m o s t   o f   t h e   b a s e b a n di g i t a l   s i g n a l   pr o c e s s i n c a b e   m i g r a t e t o   t h e   c l o ud - c o m put i n g   c i t e ,   r e f e r   t o ,   e . g. ,   [1 2]   a nd  t h e   r e f e r e n c e s   t h e r e i n   f o r   m o r e   de t a i l s .   T h e r e by ,   t h e   t r a di t i o na l   h i g h - po w e r   b a s e   s t a t i o n s   (B S s c a n   b e   r e p l a c e by   l ow   p ow e r   ra d i o - r e m o t e   h e a ds   (R RH s ) .   B e s i de s ,   t h e   c e n t ra l   p r o c e s s o r   a l l ow s   fo r   t h e   c oo r di n a t e m ul t i   po i n t   ( Co M P )   pr o c e s s i n f o r   i nt e r - c e l l   i nt e r f e r e n c e   m i t i ga t i o n .   I n   a ddi t i o n,   i t   c a n   h e l i n   j o i nt   r e s o ur c e - a l l o c a t i o n   (R A a m o ng  t h e   R RH s   t o   a s s i gn   r e s o ur c e s   o n   de m a n w hi l e   put t i n i dl e   R RH s   i n t o   s l e e p - m o de   fo r   e n e r gy - s a v i n g   (e . g,   s e e   r e f e r e n c e s   [3 4])   T he   P r obl e m :   Co M P   t e c h n o l o g y , o n   t h e   o t h e r   ha n d ,   c o m e s   a t   t h e   c o s t   of   a n   i n c r e a s e   i n   e n e r gy   c o n s um pt i o n   due   t o   t h e   a ddi t i o na l   po w e r   n e e de t a s s i s t   t h e   i n c r e a s e b a c kh a ul i ng  f o r   c oo pe r a t i o n   pa r t i c ul a rl y   w i t h   i n c r e a s i n n u m b e r   of   us e r s   a n R RH s .   O n   t hi s   b a s i s ,   fo r   l a r ge - s c a l e   C - R A N ,   s e l e c t i n t h e   s e r v i n g - R R H s   fo r   di ff e r e n t   us e r   e qui pm e n t ,   o r   r e f e r r e a s   us e r - a s s o c i a t i o n ,   i s   a   ke y   pr ob l e m .   I n   a dd i t i o n,     i f   a l l   t h e   R R H s   a r e   u t i l i s e i t h e   t ra n s m i s s i o n   t h e n ,   po w e r   c o n s um pt i o n   f o r   f r o n t ha ul   l i nks   a nd  o t h e r   c i r c ui t r y   c o ul b e   ve r y   l a r ge ,   w h i c h   a f f e c t s   t h e   e n e r gy   e ff i c i e n c y .   T t h i s   e n d ,   a c c o un t i ng  f o r   t h e   a f o r e m e n t i o n e l i m i t a t i o n ,   t hi s   w o r a i m s   t o   o pt i m i s e   t h e   C - R A N   pow e r   c o n s um p t i o by   j o i n t l y   o pt i m i z i n g   c l us t e r i ng  a n po w e r   a l l o c a t i o n   p r o b l e m .   B ut   u n f o r t u na t e l y ,   s uc h   p r o b l e m   i s   a   h i g c o m pl e xi t y   c o m b i n a t o ri a l   pr o b l e m   w h e r e   t h e   o pt i m a l   s o l ut i o n   n e e ds   i n f e a s i b l e   e xha us t i v e   h i g h - c o s t   s e a r c h ,   e s pe c i a l l y   fo r   a   l a rge   n u m b e r   o f   us e r s   a n d/ o r   R R H s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    IS S N : 2 502 - 47 52   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   16 ,   N o .   2 N o v e m be r   2 019   :     79 3 - 802   794   R e l at e W or k s T h e   po t e nt i a l   o f   C - R A N   i n   e nh a n c i n t h e   pe r f o r m a n c e   o f   n e xt - ge n e r a t i o n s y s t e m s   ha s a t t r a c t e r e m a r k a b l e   a t t e nt i o n   r e c e nt l y .   W i t h   s i m i l a r   i n t e re s t s   a s   o ur s ,   D o ngy a n e t   a l .   i n   [ 5]  i nt r o duc e   a e ff i c i e n t   t hr e e - p h a s e   a l go r i t hm   f o r   s o l v i n c l us t e r i ng  a nd  us e r   a s s o c i a t i o n   p r o b l e m .   F i r s t l y ,   b a s e o n   t h e   l o w e r - b o un of   t h e   e rgo di c   ra t e ,   a   g r e e d y   a s s oc i a t i o n   s c h e m e   i s   a c h i e v e t o   c r e a t e   a e l e m e nt a r y   c l us t e r .     A n d   t h e n   t h i s   c l us t e i s   s p l i t   i n t o   m a n y   s m a l l   c l us t e r s   b a s e o n   t h e   s h o r t - t e r m   i n s t a nt a n e o us   c h a nn e l   i n f o r m a t i o n.   I [6] ,   H ua n e t   a l .   p r e s e n t   a   dy n a m i c   a s s o c i a t i o n   po l i c y   t o   c r e a t e   c l us t e r   R R H s   a nd  us e r - g r o ups   t o   m i t i g a t e   t h e   i nt e r - c e l l   a nd  i nt ra -   c e l l   i nt e r f e r e n c e .   L i e t   al .   i [7]   de s i g n   a   c l us t e ri n a l go r i t hm   a i m e a t   o pt i m i s i ng  t h e   a v e r a ge   t hr o ug h pu t   o f   C - R A N   s y s t e m   s ubj e c t   t o   t h e   c o n s t ra i nt   o n   b a c kha u l - c a pa c i t y ,   t h e y   c o n s i de r   a   h y b r i Co M P   b a s e a   s e m i - dy n a m i c   c l o s e   t o   t h e   opt i m a l   a pp r o a c h.   A l o ui n i   e t   al .   i n   [8]  a dd r e s s   t h e   j o i n t   po w e r   c o n t r o l   a n c o o r di na t e a s s o c i a t i o n   p r o b l e m   i n   do w n l i n o f   C - R A N   w h e r e   t h e   m e t r i c   i s   m a x i m i z i n g   t h e   w e i ght e d - s um - ra t e   w i t s o m e   p r a c t i c a l   c o n s t ra i nt s .     A l i   e t   a l .   i n   [9] ,   c o n s i de r   t h e   j o i n t   o pt i m i z a t i o n   o f   r e m o t e - r a d i o - h e a ds   (R RH a s s o c i a t i o n ,   s ub _c h a nn e l   a s s i g n m e nt ,   a n po w e r   a l l o c a t i o f o r   n e t w o r s um _ ra t e   m a x i m i z a t i o n   i n   s i ngl e _c a rri e f r e que n c y   di v i s i o n   m ul t i p l e   a c c e s s   (S C - F D M A b a s e m ul t i _t i e r   C - R A N .   G h a uc e t   al .   i n   [10] ,   i n v e s t i g a t e   t h e   i s s ue   of   m i t i g a t i n i nt e r f e r e n c e   b e t w e e n   a n t e nna   do m a i n s   o f   C - R A N   s y s t e m .   T h e y   fo r m u l a t e   t h e   us e r   a s s i g n m e nt   pr o b l e m   a s   a n   i n t e ge r   o pt i m i z a t i o n   p r o g r a m ,   a n p r o po s e   a n   i t e ra t i v e   s c h e m e   fo r   t h e   s o l ut i o n.   M o t i v a t e by   t h e   a b ov e ,   t h i s   p a pe r   a d d r e s s e s   t h e   E E   b a s e us e r - a s s o c i a t i o n   p r o b l e m   i n   c l o ud  ra di o - a c c e s s   n e t w o r k,   w h e r e   us e r - c l us t e r s   a n R R H s - gr o ups   a r e   f o r m e d   f o r   t hi s   pu rpo s e .   C h a n g   e t   a l .   i [11 a dd r e s s   t h e   us e r   a s s o c i a t i o n   a n r e s o ur c e   a l l o c a t i o a l go ri t hm   f o r   i m p rov i n E E .   T h e y   pr e s e n t   a n   o pt i m i z a t i o n   f o r m u l a   t h a t   j o i n t l y   a ddr e s s e s   us e r   a s s o c i a t i o n,   s ub c h a nn e l   a s s i g nm e n t ,   a n po w e r   a l l o c a t i o n   b a s e o n   t h e   c o n ve x   o pt i m i z a t i o t o o l s .   T he   P r opos e Sol ut i on:   D i f f e r e n t   f r o m   [6] ,   w e   a do pt   a   2 - s t a ge   a pp r o a c h   w i t h   a   h y b r i d - c e nt r i c   i n s t e a o f   us e r - ce n t ri c   m e t h o i n   o rde t o   m a ke   a   t ra de   o ff   be t w e e n   c l us t e e dge - us e r s   pe r f o r m a n c e   a nd  a s s o c i a t i o n   c o m pl e xi t y .   In   t h e   f i r s t   s t a ge ,   c l us t e r s   a r e   c o n s t ruc t e f r o m   t h e   us e r s ’  po i n t - of - v i e w   t m a xi m i s e   t h e i r   s i g na l s ,   w h i l e   i n   t h e   s e c o n s t a ge   us e r s   a r e   r e - c l us t e r e a c c o r di n t o   t h e   n e t w o r pe r s pe c t i v e   t o   m i t i g a t e   i n t e r - c l us t e r   i n t e r f e r e n c e .   I n   a dd i t i o n ,   t h e   a na l y s i s   c o n s i de rs   de m a n d - b a s e i rr e gul a r - de pl o y m e n t   of   RRH s   ra t h e r   t ha n   t h e   t r a di t i o na l   H e xa go n a l   t o po l o g y .   T h e   m a i n   c o n t ri b ut i o n s   o f   t hi s   w o r c a n   b e   s um m a r i z e d     a s   f o l l ow s :   -   T h e   pr o b l e m   of   e n e r gy   m i n i m i z i ng  i n   do w n l i n C - R A N   s y s t e m   i s   fo r m ul a t e s ub j e c t   t t h e   t o t a l   r e qui r e pow e r   a nd  us e r   t a r ge t   S IN R .   N e xt ,   a   l o w   c o m pl e xi t y   t w o - s t a ge   us e r   a s s o c i a t i o n   s c h e m e   i s   p r o po s e t a dd r e s s   i s s ue s   o h i g c o m put a t i o n a l   c o s t ,   hi g po w e r ,   a n l i m i t e d   f r o nt h a ul - c a p a c i t y .   -   A   s i m pl e   c l o s e t o   o pt i m a l   po w e r   c o n t r o l   po l i c y   i s   a d o pt e j o i n t l y   w i t h   R R H s - s e l e c t i o n   /   us e r s - a s s o c i a t i o n   f o r   f u r t h e i m p r o v i n g   t h e   E E .   -   P e r f o r m a n c e   ga i n   o f   t h e   pr o po s e s c h e m e   w i t h   r e s pe c t   t o   t h e   b a s e l i n e s   i s   de e pl y   i n v e s t i ga t e a n d   ob t a i n e r e s ul t s   p r o v i de   i n s i g ht s   i n t o   i m p a c t s   o f   ke y   de s i gn   p a r a m e t e r s .       2.   R ES EA R C H   M ET H O D   T h e   s y s t e m   c o n s i s t   o f   a   C - R A N   a r c h i t e c t ur e ,   a s   de pi c t e i n   F i gu r e   1.   L e t       =   { 1 ,   2, ·  ·  ·  ,   k} de n o t e   t h e   s e t   o f   s i n gl e - a nt e nn a   us e r s   de pl o y e w i t hi n   t h e   n e t w o r a n d   K   =   |     |   i s   t h e   t o a l   n u m b e r   o f   us e r s .   M o r e ov e r ,   t h e   s e t   o f   RRH   n o de s   a r e   e xp r e s s e a s                        ,   w i t h   J   =   | | i s   t h e   n um b e o f   a v a i l a b l e   RRH s   i n   t h e   n e t w o r a n R RH j   i s   c o n n e c t e t o   t h e   B BU - poo l   v i a   a   l i m i t e c a p a c i t y   f r o n t ha u l   l i n w hi c c a n   b e   l a b e l e a s   S j .   V a ri o us   s i gna l - p r o c e s s i n f un c t i o n a l i t i e s ,   e . g .   m o dul a t i o n   a n c h a nn e l - e n c o di n g ,     a r e   pe r f o r m e d   a t   t h e   B BU   m o dul e   a n t h e n   d i s t r i b ut e t o   t he   R RH   po r t s   t hr o ug o pt i c a l   f i b e r   F i gu r e   1 .   E a c us e r   i s   a s s o c i a t e s   i t s   o w n - c l us t e r   w i t h i a   g r o up   o f   RRH s   c o n n e c t e t o   t h e   s a m e   B BU .   M ul i us e r - Co M P   i s   ut i l i z e s i n c e   us e r   us e f ul   da t a   i s   a v a i l a b l e   a t   a l l   R R H s   w i t h i t h e   c l us t e r   ( a s s um i ng  Ide a l   f r o nt ha ul ) .     Int r a - c l us t e r   i n t e r f e r e n c e   i s   n e gl i gi b l e   due   t o   Z e r o - fo r c i n ( Z F s t r a t e gy   e m pl oy m e n t .   k - t h   us e r   i s   a l l o c a t e a   c l us t e r   o f         R RH s   w i t h   |         |   =   R .   T o t a l   num b e o f   t h e   us e r s   i t h e   c l us t e r   (s e r v e o n   t h e   s a m e   t i m e / f r e q.   r e s o ur c e s i s |         |   =   U   s uc t ha t   a   v i r t u a l   R   ×   U   m ul t i p l e - i n pu t   m ul t i p l e - o ut put   i s   c r e a t e f r o m               RRH s   a n d           us e r s .   T h e   c o n s i de r e m o de l   a c c o un t   p r e c i s e l y   fo r   po w e r - c on s u m pt i o n   o f   a l l   o f   t h e s e   m o dul e s .   T o   a dd r e s s   i s s ue s   o n   h i g po w e r   c o n s um p t i o n ,   hi g c o m put a t i o na l   c o m pl e xi t y ,   a n l i m i t e f r o nt h a u l - c a p a c i t y ,   w e   ut i l i z e   a n   a da pt i v e   a s s o c i a t i o n   s c h e m e   t o   a s s i g n   a   g r o up  o f   RRH s   t e a c us e f o r   c o o pe r a t i v e   t r a n s m i s s i o n .     2. 1 .      En e r g E ffi c i e n c y   P r o b l e m   F o r mu l ati o n   T o   de s c r i b e   t h e   a pp r o a c h   us e i n   o u r   s c h e m e ,   w e   i n t r o du c e   a n   R RH - t r a n s m i s s i o n   m a t ri m a t r i                           a s   a   b i n a r y -   m a t r i x   w i t h   e a c h   e l e m e n t   o f   t h i s   m a t r i x   i s   e i t h e r   i f   j   t r a n s m i t s   us e f ul   da t a   t o          o r   0,   ,   o t h e r w i s e .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i   IS S N :   2502 - 4752       A e f f i c i e nt   t w o - s t age   us e r   as s o c i a t i on   s c h e m e f or   gr e e n   C - R A s y s t e m s   ( Is m ai l   H bur i )   795       w h e r e   e a c n o n - z e r o   e l e m e nt        m e a n s   t ha t   t h e   n o de            i s   i n v o l ve i c u rr e nt   c l us t e c   t ra n s m i s s i o n.     De - n o t i n t h e   t ra n s m i t t e a n r e c e i v e s i gna l s   r e s pe c t i v e l y   by ,                                     a n                                   ,   w h e r e       i s        ’s r e c e i ve s i g n a l   a n d   i t s   v e c t o r - fo r m   c a n   b e   w r i t t e a s   [10]                                                   (1)     w i t                       a r e ,   r e s pe c t i v e l y ,   t h e   c h a nn e l   g a i na n d   b e a m f o r m i n g   m a t r i c e s ,   m e a n s   e l e m e nt   w i s e   m a t r i x   p r o duc t ,       i s   t h e   t ra n s m i s s i o po w e r ,   a n d       i s   a a ddi t i v e - w h i t e - G a us s i a n o i s e   (A W G N m a t ri x   w i t h   us e r   e l e m e nt                            ,   i . e . ,   a   z e r o   m e a a n d   a   u n i t y   v a r i a n c e         c o m pl e x - n o r m a l   d i s t ri b ut e r a ndo m   v a r i a b l e s   (r . v s ).             F i g u r e   1 .   T h e   p r o po s e Cl o ud - R A N   t o po l o g y ,   t h e   R R H s   a r e   c o n n e c t e t o   t h e   B BU s   P oo l   v i a   a   s w i t c h   o f     10  G b / s   E t h e rn e t       Cha nn e l   c o e ff i c i e n t s          a r e   p r o po s e t o   b e   r. v s   w i t i nde pe n d e n t - a n d - i de nt i c a l l y   di s t ri b ut i o n,   a nd  t h e y   m a de   up   o f   t w o - t e r m s , f a s t - f a di n g          a n d   s ha do w - f a di n c o e ff i c i e n t s   w i t ge o m e t ri c   pa t h   l o s s   c o m po n e n t                                            i s   t h e   f a s t   f a di ng   c o m po n e n t   o f            a n d   t h e   l a r ge - s c a l e   c o m po n e n t   c a n b e   e xpr e s s e a s   [10 ],          =                   ,   w h e r e ,            i s   t h e   s h a do w i n g   r . v s   w i t h   l o g - n o rm a l - d i s t r i b ut i o n ,          i s   t h e   di s t a n c e   f r o m   t h e   R RH   t o   t h e   us e r   M U k,   a n     i s   t h e   pa t h - l o s s   e xp o n e nt .   W i t h   u ni t y   a v e r a ge   t r a n s m i t t e pow e r ,   t h e   po w e r   e xpe c t a t i o o f t h e   s i g n a l   i s     {           }   =     {           }   =   1.   Co n s e que n t l y ,   t h e   r e s ul t a nt   s i g na l - to - i n t e r f e r e n c e - pl us - n o i s e   r a t i o   (S IN R a t   us e r          i s ,   b y   de f i n i t i o n,   o b t a i n e d   a s                 |   {        (             ) }             |       ̀ |   {        (       ̀         ̀ ) }             ̀ |              ̀           ̀                       (2)     w h e r e           ̀ a r e   r e s pe c t i v e l y   t h e   R H H s   fo r   c l us t e r s   o f   us e r s   k,   k′ ,   t h e   i nt e r - c l us t e r   i nt e r f e r e n c e   (ICI)  i s     de f i n e a s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    IS S N : 2 502 - 47 52   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   16 ,   N o .   2 N o v e m be r   2 019   :     79 3 - 802   796                  ̀ |   {     ̀     ̀   (     ̀     ̀       ̀     ̀ ) }             ̀ |     ̀           ̀         ̀           ̀         (3)     In  o r de r   t o   s i m pl i fy   t h e   n o t a t i o n,   c l us t e r   i n de ha s   b e e n   om i t t e f r o m   t h e   e qua t i o n   o f         i n   (2) .     T h e   a c h i e v a b l e   t hr o ug h put   a n e n e r gy   e ff i c i e n c y   of   c l us t e r   c   c a n   b e   e s pe c t i v e l y   e xpr e s s e a s   [1 2 1 3 ]                                                                                           (4)                                                                                                                  (5)     w h e r e ,       i s   s y s t e m   B a ndw i dt h ,         i s   us e r   t hr o ug h put ,   a n d   na t s   i s   de f i n e d   a s   t h e   na t u ra l   d i gi t           (e   1. 443)   bi t s ,   w i t e   i s   t h e   b a s e   o f   t h e   na t u r a l - l o ga ri t hm s .   T h e   t o t a l   po w e r   c o n s um p t i o n   c a n   b e   e xpr e s s e   a s   [14]                                                                                 (6)     w i t       i s   t h e   po w e r   a m pl i f i e e ff i c i e n c y ,                   ,   t h e   s t a t i c   ha r dw a r e   po w e r - c o n s um pt i o i s   de n o t e d   b y             i s   t h e   n u m b e o f   t i m e / f r e que n c y   r e s o ur c e   b l o c ks   (R Bs ),          i s   t h e   f r o n t ha ul - l i nk’s   po w e c o n s um p t i o n.   T h e r e f o r e ,   o ur  e n e rgy   o pt i m i s a t i o p r o b l e m   c a b e   e xpr e s s e a s   f o l l ow s       (7a )       (7b )       (7c )       (7d)     w h e r e         ,   i t h e   f i r s t   pe r - us e r   c o n s t ra i nt   o f   e q.   (7a   )   r e p r e s e n t s   t h e   m i n i m u m   do w n l i n k   da t a - ra t e   r e qui r e d   b y   us e r - k   t o   e n s u r e   e nd  us e r ’s - Q o S ,   t h e        i n e qua l i t y   s h ow s   pe r - R RH   c o n s t r a i n t   t o   gu a ra n t e e   t ha t   n o t   a n y   RR H   e xc e e m a xi m u m   a l l o w e pow e r           .   T h e   a b o ve   e ff i c i e n c y - m a xi m i s a t i o n   f o r m u l a   i s   a   f a m i l i a r   n o n - c o n v e x   i n t e ge (s i n c e          i s   a   b i n a r y   v a r i a b l e c o m b i n a t o ri a l ,   n o n - po l y n o m i a l   t i m e   ha r (N P - ha r d)  o pt i m i z a t i o n,   s o   i n   r e a l i t y   ob t a i n i ng  i t s   e xa c t   o pt i m a l   s o l ut i o n   i s   n o t   e a s y   t a s e s pe c i a l l y   fo r   s y s t e m s   w i t h   l a r ge   n u m b e r   of  s e r v e us e r s .   Co n s i de r i ng  hi g h   c o m put a t i o n a l - c o s t s   of   t h i s   fo r m u l a ,   w e   i n v o ke   a   c l us t e r i n a pp r o a c h   t o   c h a nge   i t   i nt o   a   s i m p l e   di s j o i n t   o pt i m i s a t i o n   a l go r i t h m .   A c c o r di n t o   [1 5 ],   t h e   o bj e c t i v e   f un c t i o n   i n   e q .   (7a c a b e   e xpr e s s e a s                      ̀     ̀                                                     (8)     w h e r e            i s   t h e   o pt i m a l   t o t a l   po w e r   c o n s um pt i o n ,            i s   t h e   o pt i m um   s u m - ra t e ,   a n { A , Q }       { A , Q }   |   { C1, C2} ,   i . e ,   t h e   r e gi o o f   f e a s i b i l i t y   fo r   t h e   p r o b l e m   o f   e q.   ( 8).   T h us , t h e   o pt i m a l   e ff i c i e n c y       c a b e   a c hi e v e i f   a nd  o nl y - if .                                ̀     ̀                                       (9)     Co n s e que n t l y ,   b a s e o n   t h e   t h e o r e t i c a l   r e s ul t s   i [16 ],   p rob - l e m         c a n   b e   t ra n s f o r m e a s   t h e   fo l l ow i n g   pa r a m e t ri c - p r o gra m m i n f o r m ul a .       (10)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i   IS S N :   2502 - 4752       A e f f i c i e nt   t w o - s t age   us e r   as s o c i a t i on   s c h e m e f or   gr e e n   C - R A s y s t e m s   ( Is m ai l   H bur i )   797     (11)     It   i s   w o r t h   po i nt i ng   o ut   t h a t   i f   f o r m ul a         i s   o pt i m a l l y   s o l v e s uc t ha t                     ,   t h e f o r m u l a       c a n   b e s o l ve o pt i m a l l y .   T h e   e xp r e s s i o n   o f   e q. (9)  i s   a   m o no t o n i c a l l y - de c r e a s i n g   o ve r   po w e r     ,   i . e . ,   i t   i s   a   c o n v e pr o b l e m .   T h e r e f o r e ,   a   b i s e c t i o n   a pp r o a c w o ul pe r f o r m   w e l l   e n o ug h   t o   o b t a i t h e   o pt i m a l   po w e r .     2. 2 .      P r o p o s e d   2 - S tage   U s e r - A s s o c i ati o n   A l go r i th m   A s   de s c r i b e i n   t h e   l a s t   s ub s e c t i o n ,   t h e   e xha us t e s e a r c h a s   e xc e s s i v e l y   h i g h   c o m pl e xi t y   w i t h   i n c r e a s i ng  n um b e r   o f   us e r s   a n R RH s ,   w h i c h   m o t i v a t e s   us   t o   de v i s e   a   pr a c t i c a l   s c h e m e   t o   s o l ve   e f f i c i e n c y - pr o b l e m   o f   e q.   (7a ).   S pe c i f i c a l l y ,   w e   off e r   a   l o w   c o m pl e xi t y   t w o - s t a ge   a ppr o a c h   w i t a d a pt i v e   pow e r   a l l o c a t i o n ,   r e f e r r e t o   a s   A d a p t i v e   U s e r   a S s o c i a t i o n   A l go ri t hm   (A U S A ),   b a s e o n   n o n - o v e r l a pp i n g   o r   d i s j o i n t   us e r - c l us t e r s   t o   de c o upl e   t h e   m a i n   p r o b l e m   i n t o   pe r - c l us t e s ub pr o b l e m s .   T h e s e   o pt i m i s a t i o n   s ub pr o b l e m s   c a b e   s o l v e a t   di f f e r e n t   l o c a l   c l us t e r s   s i m u l t a n e o us l y   t a ki ng  i nt o   a c c o un t   t h e   f e a s i b i l i t y   of   t h e   gl o b a l   s y s t e m   r e qui r e m e nt s   (I c o m pa r i s o w i t h   di s j o i nt   a pp r o a c h ,   o v e r l a ppi n g - c l us t e r s   n e e m o r e   c o m pl e p r o c e dur e   i t e rm s   o us e r s ’  a s s oc i a t i o n,   n e t w o r s i z e   s c a l a b i l i t y ,   a n s i gna l i n o v e r h e a ) .   F o r   e a c h   c l us t e r ,   us e r s   a r e   h o s e n   a c c o r di n t o   a n   S I NR - t hr e s h o l s uc h   t ha t   t h e   c r e a t e t o po l o g y   s ur f e r s   a   m i ni m um   i nt e r - c l us t e r - i n t e r f e r e n c e   (ICI)   w i t h   r e duc e c o m put a t i o n a l - c o m pl e xi t y   a n s i g n a l i ng  o v e r - h e a d.   T h e   t w o   s t a ge s   of   t h e   A U S A   a r e   r e s pe c t i v e l y   s um m a r i z e i F i g u r e s   a n 3.   S u b s e que n t l y ,   t h e   f o l l o w i n g   di s c us s i o e l a b o r a t e s   pr o c e dur e s   o f   t h e s e   t w o   s t a ge s .               F i gu r e   2 .   F i r s t   S t a ge   o f   t h e   A d a pt i v e   U s e r   a S s o c i a t i o n   A l go r i t h m   (A U S A ):   Co n s t r uc t i o n   o f   R RH - a c t i v a t i o n   m a t r i x   (A L P H A )     F i gu r e   3 .   S e c o n S t a ge   o f   t h e   A da p t i v e   U s e r   a S s o c i a t i o A l - go ri t hm   ( A U S A ):   U s e r   Cl us t e r i ng  a n P o w e r   A l l o c a t i o n   (U C/ P A s t r a t e gi e s   i s t e p1   a n s t e p2,   r e s pe c t i v e l y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    IS S N : 2 502 - 47 52   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   16 ,   N o .   2 N o v e m be r   2 019   :     79 3 - 802   798   R R H s   s e l e c t i on:   I n   t h e   1s t   s t a ge   F i gu r e   2 ,   a f t e r   p a r a m e t e r s   i nt i a l i s a t i o n s ,   i t e r a t i o n   p r o c e dur e   s t a r t s   t o   de t e r m i n e   t h e   e l e m e n t s   o t h e   RRH s   a c t i v a t i o n   i n di c a t o r   m a t r i A .   W h e r e   a   g r e e d y - b a s e po l i c y   i s   a d o pt e d   fo r   t hi s   pu rpo s e ,   i . e . ,   R R H s - s e l e c t i o n .   A c c o r di ng  t o   t h e   c ha nn e l   c o n di t i o n,   f o r   e a c h   us e r ,   g r o ups   o f   pr e f e r e n c e   RRH s   w i t b e s t   c h a nn e l - l i nk  a r e   qui c k l y   a n g r e e di l y   pi c ke d   o ut   s t e p - by - s t e a t   e a c i t e ra t i o n   f r o m   t h e   s e t   o unus e c h a nn e l - l i n ks   f o r   a   Coo r di na t e M ul t i - po i n t   P r o c e s s i n (Co M P ).   T hi s   pr o c e dur e   i s   e xe c ut e d,   c o n t i n u a l l y ,   unt i l   a l l   t h e   us e r s   a r e   a ppe n de t o   a pp r o p r i a t e   RRH s .   H e n c e ,   t h e   n e t w o r pow e r - c o n s um pt i o c a b e   r e duc e a s   t h e   a l go r i t h m   a c t i v a t e s   o nl y   t h e   R RH s   t ha t   c o n t r i b ut e   t h e   Co M P - ga i n s   f o r   e a c h   us e r .   U s e r - as s oc i a t i on  an pow e r - al l oc a t i on:   T h e   2 n s t a ge   F i g ur e   3 ,   c o n s i s t s ,   m a i nl y ,   of   t w s t e ps   t pe r f o r m   r e s pe c t i v e l y   us e r - a s s o c i a t i o n / po w e r - a l l o c a t i o n   a s   f o l l o w s :   A t   t h e   f i r s t   s t e p ,   t h e   a l go r i t hm   c o m pa r e s   S IN R   fo r   t h e   us e r s   o f   n e a r e s t - c l us t e r                       ,   w i t t ha t   o f   c urr e nt   o n e     ̅               .   M e a n w h i l e ,   us e w i l l   b e   r e - c l us t e r e d   i f   a n y   o n e   i s   l e s s   t h a o e qua l   a   p r e de f i n e t hr e s h o l                      T h i s   s t e p   i s   e xe c ut e d,   i t e ra t i v e l y ,   f o r   r e m a i n i n m e m b e r s   of   t h e   c l us t e r   s e t   C.   T he r e by ,   a s   s t e p1  t e r m i na t e s ,   us e r s   t h a t   e xpe r i e n c e   hi g h   i nt e r - c l us t e r   i nt e r f e r e n c e   f r o m   n e i g h b o ur   c l us t e r s   w i l l   r e - c l us t e r   i nt o   t h e s e   i n t e r f e r i ng  c l us t e r   t o   be   s e r v e j o i n t l y   v i a   z e r o - f o r c i n m ul t i - us e r   s c h e m e   (M U - Co M P ).   N ow ,   b a s e o n   t h e   us e r - a s s o c i a t i o e s t a b l i s h e i n   t h e   a f o r e m e n t i o n e p r o c e dur e ,   n e x t   s t e i n t r o duc e s   m ul t i - us e r   t e c hni que   (p r e - c o di n m e t h o d)   t o   s c h e dul e   us e r s   o f   e a c h   c l us t e s i m ul t a n e o us l y   ov e r   t h e   s a m e   r e s o ur c e - b l o c ks   ( RB s ).   H ow e ve r ,   i n s t e a d   of  pr e - c o de r   o pt i m i z a t i o t e c hni que s ,   i t hi s   w o r a   c l o s e d - fo r m   e xp r e s s i o n   f o r   t h e   b e a m - f o r m i ng  i s   c o n s i de r e t o   a c h i e v e   a   b a l a n c e   be t w e e n   i m p l e m e n t a t i o n   c o m pl e xi t y   a nd  n e t w o r pe r f o r m a n c e .   A s   s t a t e i n   [17],     by   t a ki ng  a dv a n t a ge s   o f   s pa t i a l   dg r e e - of - f r e e do m   (D o F a n f r o n t ha ul - c a pa c i t y ,   t h e   i n t ra - c e l l   i n t e r f e r e n c e   c a b e   c o m pl e t e l y   s uppr e s s e us i n g   r e gul a r i z e z e r o - f o r c i n g   p r e - c o d e r ,                 |     |                                                 |     |                                               (12)     w h e r e , i s   t h e   n o i s e - pow e r   a n d   P / K   i s   t h e   a v e r a ge - t ra n s m i t - po w e r .   T h i s   f i l t e ri n g - t e rm i n o l o gy   i s   e qui v a l e nt   t o   m a xi m a l - ra t i o   t ra n s m i s s i o n   (M R T i n   n o i s e - l i m i t e d - s c e na r i o s   a n e qui v a l e n t   t o   z e r o - f o r c i n (Z F i i n t e r f e r e n c e - l i m i t e d - s c e n a r i o s .   A c c o r di n t o   [17],   t h e   o pe r a t i o n   r e gi o n   o f   t h i s   s ub o pt i m a l - s c h e m e ,   f r o m   a   ge o m e t r i c - pe r s pe c t i v e ,   l i e s   i n   b e t w e e n   t h e s e   t w o   e xt r e m e s   i . e .   Z F   a nd  M R T .   N e xt ,   f o r   t h e   po w e r   c o n t r o l   m e t h o d,   a s   pe r   o ur   p r e v i o us   di s c us s i o n ,   a   s i m p l e   b i s e c t i o n   o r   l i n e a r - s e a r c h   po l i c y   i s   a do pt e t ob t a i n   o pt i m a l   pow e r   P   .   A l s o ,   t f ur t h e r   i m p r o v e   n e t w o r S IN R - c ove r a ge ,   f o r   a n y   i n f e a s i b l e   R RH / U s e r   l i n k - p a i r,   a ddi t i o na l   N e a r e s t   R RH   t o   t h e   Cl us t e r   N R j   c a n   b e   i n v o l ve i n   t h e   s e t   o f   c o o p e r a t i v e   RRH s   _k  fo r   t h i s   us e r .   F i na l l y ,   w h e n   t h e   n e t w o r po w e r - c o n s um pt i o n   s t o ps   de c r e a s i ng,   i t e ra t i o n - p r o c e dur e   t e r m i n a t e s   a n o ut put s   t h e   f i na l   s o l ut i o n   i f   i t   f e a s i b l e .   O t h e r w i s e ,   t h e   i t e r a t i o n   p r o c e dur e   c o n t i nue s   u n t i l   c o n v e r ge n c e   o r   m a xi m u m   n u m b e r   o f   i t e r a t i o n s   i s   r e a c h e d .     2. 3 .       A n a l ys i s   o C o m p u tati o n al   C o m p l e x i ty    T o   s e r v e   K   us e r s   b y           R RH s i t h e   t ra di t i o n a l   o pt i m a l   U s e A s s oc i a t i o S c h e m e s ,   a   c e n t ra l - u ni t   c o n duc t s   a n   e xha us t i v e   s e a r c h   o v e r   a l l   po s s i b l e   RRH - us e r   c o m b i n a t i o n s   o f   w h i c h   i n c u r s   a   hi g h   t i m e   c o m pl e xi t y   of   o r de                                   ,   i . e .   e xpo n e n t i a l   r e l a t i o n s hi p   w i t t he   n um b e o f   R RH s   [ 1 8 19]   O n   t h e   o t h e r   h a nd,   f o r   t h e   p r o po s e s h e m e ,   t h e   c o m put a t i o na l - c o m pl e xi t y   of   c o m put i n t h e   R Z F   pr e - c o de r ,   w h i c a ri s e s   f r o m   t h e   m a t ri x   i n v e r s i o n ,   i s   o f   o r de r              .   A l s o ,   w he n   b i - s e c t i o n   m e t h o i s   a do pt e t o   s o l ve   p ow e r   a l l o c a t i o p r o b l e m ,   t h e   i n c u rr e c o m put a t i o n a l   c o m pl e xi t y   w i l l   b e                         [ 20 ].   T h e r e f o r e ,   t h e   ov e r a l l   c o m put a t i o n a l - c o m pl e xi t y   i s   i t h e   o r de o f                                     w h i c i s   v e r y   l ow   c o m pa r e d   w i t h   e xh a us t   s e r e a c a pp r o a c h.       3.   N U M ER I C A R ES U LTS   T h i s   s e c t i o n   p r e s e n t s   n u m e ri c a l   a na l y s i s   t o   e v a l ua t e   t h e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   pr o po s e d   a s s oc i a t i o a l go ri t hm   w h e r e   t h e   m e t r i c s   i n c l ude   n e t w o r e n e r gy   e ff i c i e n c y   (E E a n c o m pl e m e n t a r y   c o m m ut a t i v e   di s t r i b ut i o n - f un c t i o n   (C CD F o t h e   us e r s ’  S IN R .   T h e   p ro pos e a l go r i t hm   A U S A   i s   c o m pa r e w i t h   t h e   fo l l ow i n g   t hr e e   b a s e l i n e - s c h e m e s :     -   H e ur i s t i c   U s e r   aSs oc i at i on  A l gor i t hm   (H U S A ):   U s e r - a s s oc i a t i o n   a n po w e r - a l l o c a t i o n   a r e   a l w a y s   pe r f o r m e i n   di f f e r e n t   t i m e   s c a l e s .   A s s o c i a t i o n   i s   upda t e d   i n   l a r ge r - t i m e   s c a l e ,   w h i l e   pow e r - a l l o c a t i o n   i s   a do pt e t o   r e duc e   t h e   e ff e c t   of  s m a l l - s c a l e   f a di n (s c a l e   i n   m s e c ).   T h e r e f o r e ,   m a n y   r e s e a r c h e r s   o n l y   o pt i m i s e   t h e   a s s o c i a t i o n   w i t h   a   s i m pl e   c l o s e d -   fo r m   po w e r   c o n t r o l   po l i c y   i n s t e a o f   t h e   a s s o c i a t i o n / po w e r   j o i n t   o pt i m i s a t i o n .   P a rt i c ul a r l y ,   e qua l   po w e r - a l l o c a t i o n   pe e a c R RH   w i c h   i s   p r o po s e i n   [ 21 ],                           |     | .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i   IS S N :   2502 - 4752       A e f f i c i e nt   t w o - s t age   us e r   as s o c i a t i on   s c h e m e f or   gr e e n   C - R A s y s t e m s   ( Is m ai l   H bur i )   7 99   -   T r adi t i o U s e r   aSs oc i at i on   A l gor i t hm   ( T U S A ):   M a n y   s t udi e s ,   o t h e   o t h e r   ha n d ,   a dd r e s s e t h e   p r o b l e m   o e n e r gy   o pt i m i s i ng  i Cl o ud - R A N   by   e xpl o i t i n f ul l   di m e n s i o n   Co M P   (us i n Z F   b e a m f o r m i ng)  ra t h e r   t h a pa r t i a l   Co M P .   O n   t h i s   b a s i s ,   I CI  w i l l   i n c r e a s e   s i n c e   e a c h   u s e r   i s   s e r v e by   a l l   a c t i v e   RRH s   o n   us e r - c e nt r i c   b a s i s   r e ga r dl e s s   of   t h e   n e t w o r po i n t   o f   v i e w .   T h e r e by ,   t hi s   s c h e m e   pe r f o r m s   o n l y   t h e   RRH s - s e l e c t i o n   pr o c e dur e   w hi l e   o m i t s   t h e   c l us t e r i n g   p r o c e dur e   o f   s t a ge - F i gur e   3   (s i n gl e   c l us t e Co M P   n e t w o r k).   -     Ne ar e s t   R R H   aSs oc i at i on  S c h e m e   (N R S S ):   I n   t h i s   c o m m o n   p r a c t i c e   a nd  s i m pl e   s c h e m e ,   e a c h   us e r   i s   gr e e di l y   a ppe n de t o   o n l y   o n e   RRH   w i t h   m i n.   di s t a n c e   t o   t h e   us e r   ( n o - Co M P ( r e f e r   t o ,   e . g. ,   [ 1 9 a n t h e   r e f e r e n c e s   t h e r e i n ) .   N o t   t h a t   m i n i m u m   di s t a n c e   c a n   b e   e a s i l y   de t e r m i n e f r o m   t h e   l a r ge -   s c a l e   f a di ng  (L S F of   t h e   s pe c i f i e l i n k .   T h e   s i m u l a t i o n s   a do pt   a   C - R A N   do w n - l i n k   s c e n a ri o   w i t h   a   s qua r e   c o ve r a ge   a r e a   o f   1Km   ×   1Km w h e r e   a   n u m b e r   o f   RRH s   a r e   ra n do m l y   pl a c e w i t P o i s s o n   P o i n t   P r o c e s s   (P P P di s t r i b ut i o n   o de n s i t y                                     a nd  us e r s   a r e   u ni f o r m   d i s t r i b ut e d.   M e a n w h i l e ,   t h e   w i r e l e s s - c h a nn e l   i s   m o de l l e a s   n o r m a l i z e R a y l e i gh - f a di n g   c ha nn e l   f o l l ow e by   t h e   di s t a n c e - de pe n de n t   pa t h - l o s s   m o de l ,                                                      i n   dB ,   d   i s   t h e   d i s t a n c e   b e t w e e n   t h e   R H H   a n d   t h e   us e i K m .   T h e   po w e r - de n s i t y   o f   n o i s e   i s   10 6   dB m / H z   w i t t h e   c ha nn e l - b a n dw i dt o f B   =   10M H z .   B e s i de s ,   w e   s e t   P o   = 10W ,                                   a n R RH   m a xi m u m   t r a n s m i t   po w e r   P m a R R H   =   20dB m   (100 m W i f   n o t   sp e c i f i e d.                    i n de pe n de n t   s y s t e m   r e a l i z a t i o n s   a r e   c o n duc t e d,   w h e r e a s   t h e   c h a nn e l   a n d   l o c a t i o n s   a r e   ra n do m l y   ge n e ra t e d   i e a c t ri a l .     3. 1 .      S I N R   S ta ti s ti c al   D i s t r i b u ti o n   T h e   Co m pl e m e nt a r y   C o m m ut a t i v e - D i s t ri b ut i o n   F u n c t i o n   (CCD F of   t h e   us e r s ’  S IN R   c a n   b e   i n t e r p r e t e a s   t h e   p r o b a b i l i t y   of   us e r s   t o   b e   i c ov e r a ge   w . r. t   a   c e r t a i n   p r e de f i n e t hr e s h o l o t a r ge t   S IN R ,                                           .   I r e ga r d   t o   t hi s   m e t r i c ,   i t ’s   o b s e r v e f r o m   F i gu r e   t h a t   t he   pr o po s e s c h e m e   i m p r o v e s   S IN R - CCD F   c o m pa r e t o   t h e   t hr e e   o t h e r   s c h e m e s   ow i n t o   i t s   f e a t u r e s   o f   p ow e r   a n i n t e r f e r e n c e   c o n t r o l l i n g .   W h e r e   t h e   l a t t e r   f e a t ur e   i s   t h e   m o s t   c o m m o n   c a u s e   of   us e r s   S IN R - o ut a ge .   T h e   F i gu r e   s h o w s ,   fo r   50   pe r c e nt a ge   c ov e r a ge ,   t ha t   S IN R   t o l e r a n c e s   fo r   A U S A   w . r . t   H U S A   a n T U S S   a r e   3dB   a nd  8dB ,   r e s pe c t i v e l y .   In   o t h e r w o r ds ,   w i t h   A U S A   a n 10dB   t a rge t   S IN R ,   u n s a t i s f i e us e r s   a r e   r e duc e by   7. 1%,   10. 2%   a nd  49. 7%  w . r. t   H U S A ,   T U S S ,   a n d   N R S S ,   r e s pe c t i v e l y .     3. 2 .      E v s .   Th e   N u mb e r   o U s e r s   F i gu r e   s h o w s   t h e   e ff e c t s   of   t h e   n u m b e r   o f   s e r v e us e r s   o n   t h e   n e t w o r e ff i c i e n c y   i n   di f f e r e n t   a s s o c i a t i o n   t e c hni que s .   W e   o b s e r v e   t ha t   A U S A   a l go ri t hm   o ut pe r f o r m s ,   r e m a r k a b l y ,   t h e   r e f e r e n c e   s c h e m e s .   P a rt i c ul a r l y ,   a t   t h e   h i g n u m b e r   o f   us e r s ,   w h e r e   e m p l oy i n g   Co M P   c a i n c r e a s e   s y s t e m   S pe c t r a l   E f f i c i e n c y   (S E a t   a   r a t e   h i g h e r   t ha n   po w e r   i n c r e m e nt .   T hi s ,   i n   t u rn,   i m p r o v e s   t h e   E E ,   r e f e r   t o   (4).   F o r   i n s t a n c e ,   w i t h   K   =   20,   us i n A U S A   t e c hni que   c a n   g r o w   t h e   E E   by   4. 5% ,   8 . 5%   a n 6 3. 5 w h e n   c o m pa r e t o   H U S A ,   T U S S ,   a n N R S S   s c e n a ri o s ,   r e s pe c t i v e l y .   H ow e v e r ,   t h e   g r o w t h   r a t e   s l o w s   d ow n   w i t h   hi g h e r   n e t w o r l o a d,   i s pe c i f i c ,   w h e n   s e r v i ng  us e r s   a r e   m o r e   t h a 25   us e r s ,   w h e r e   t h e   s m a l l   de n s i t y   of   RRH - de pl oy m e n t   w . r . t   us e r s   c a r e s ul t   i n   a   s m a l l e r   num b e o f   us e r   e qui p m e nt   w hi c h   c a b e n e f i t   f r o m   a   w i de c l us t e s i z e .           F i gu r e   4 .   T h e   pe r c e n t a ge   d i s t ri b ut i o o f   us e r - S IN R   fo r   K   =   2 0us e r s   a n d   P   =   20 dB m   s c e n a ri o   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    IS S N : 2 502 - 47 52   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   16 ,   N o .   2 N o v e m be r   2 019   :     79 3 - 802   800       F i gu r e   5 .   E E   v s .   K   pe r f o r m a n c e   f o r   λ _R RH = 1/ (100^ 2 ×   π )   pe r   m ^ 2 ,   P   =   20dB m       3. 3 .       E v s .   R R H s   D e n s i ty   F i gu r e   c o m pa r e s   pe r f o r m a n c e   of   t h e   A U S A   a s s oc i a t i o n   s c h e m e   w i t h   t h e   b a s e l i n e s   s c h e m e s   (H U S A ,   T U S S ,   a nd  R S S o ve r   v a r i o us   R RH s ’  de n s i t y .   T h e   m e t r i c   i s   t h e   E n e r gy   E ff i c i e n c y ,   w h e r e   t h e   p l o t   de pi c t s   t h e   s upe ri o r   pe r f o r m a n c e   of   t h e   A U S A   s c h e m e   fo r   a l l   di f f e r e n t   n u m b e r   o R RH   n o de s .   F o r   i n s t a n c e ,   a t   J   =   20  R RH s ,   A U S A   e n ha n c e s   t h e   E E   by   18. 3%,   39. 6%,   a n 97 . w . r . t   H U S A ,   T U S S ,   a n N R S S ,   r e s pe c t i v e l y .   T h e   m a i n   r e a s o n   b e hi n t h e   b e h a v i o ur   i s   t ha t   s e v e r e   di s t a n c e   de pe n d i n pa t h - l o s s   c a b e   c i r c um v e nt e w i t h   t h e   i n c r e a s e n u m b e r   o f   RRH s .   T h e r e by ,   RRH s   c a n   t r a n s m i t   a t   l o w e r   po w e r   l e v e l   fo r   n e a r b y   us e r s ,   a n d   c o n s e que n t l y   i n t e r f e r e n c e   c a n   b e   r e duc e d.   I a d di t i o n,   F i gu r e s   7 - a   a nd  7 - b   p r o v i de   t h e   c o r r e s po n di ng  E E   s t a t i s t i c s   w . r. t   t ra n s m i t   po w e r   a n R R H - de n s i t y ,   r e s pe c t i v e l y .   A s   e xpe c t e d,   i n   F i gu r e   7 - E E   de c r e a s e s   w i t h   hi g h e r   t r a n s m i t   po w e r   a c c o r di ng  t o   (4).   O n   t h e   o t h e r   h a nd,   F i g u r e   7 - b   pr o ve s   t h a t   i n c r e a s i ng  R R H - de n s i t y   b e y o n a   c e rt a i n   v a l ue   c a r e duc e   t he   e ff i c i e n c y   of   t h e   n e t w o r k.             F i gu r e   6 .   E E   v s .   R RH   fo r   K   =   20  us e r s   a n d     P   =   20dB m     F i gu r e   7 .   S t a t i s t i c   di s t ri b ut i o o f   E E   v s .   t h e     pow e r   a n d   #R RH       4.   C O N C LU S I O N   In   t hi s   pa pe r,   w e   a do pt   a n   e n e r gy - s a v i n us e r   a s s o c i a t i o s c h e m e   fo r   C - R A N   s y s t e m   b a s e d   o n   c l us t e r i ng  a n Co M P   t ra n s m i s s i o n .   F i r s t ,   a   g r e e d y   RRH - s e l e c t i o n   a n us e r - c l us t e r i n p r o c e dur e s   a r e   c o n duc t e d.   T h e n,   a   j o i nt   i n t e r f e r e n c e - a w a r e   r e - c l us t e ri n g   a p pr o a c h   a n s i m p l e   po w e r   a l l o c a t i o n   m e t h o h a s   b e e n   p r o po s e t o   i m pr o v e   s y s t e m   e ff i c i e n c y   un de r   c o n s t ra i nt s   o n   pe r - R RH   m a x.   po w e r   a nd  o pe r - us e r   m i n.   ra t e .   N um e ri c a l   r e s ul t s   h a v e   h i g hl i g ht e t h e   b e n e f i c i a l   o RRH - s e l e c t i o n   a n c l us t e ri n f o r   e f f i c i e n t   us e a s s o c i a t i o n .   B e s i de s ,   t h e   pr o po s e a l go r i t hm   h a s   s upe ri o r   p e r f o r m a n c e   i n   t e rm s   o f   c ov e r a ge   a n s c a l a b i l i t y   w i t n e t w o r us e n u m b e r   c o m pa r e t o   t h e   t r a di t i o na l   C - R A N   s y s t e m .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i   IS S N :   2502 - 4752       A e f f i c i e nt   t w o - s t age   us e r   as s o c i a t i on   s c h e m e f or   gr e e n   C - R A s y s t e m s   ( Is m ai l   H bur i )   801   A C K N O WL ED G E M EN TS   W e   a r e   t ha n kf ul   t o   o ur   c o l l e a gue s   i n   t h e   de pa rt m e nt   o f   e l e c t ri c a l   e n g i n e e r i ng  i W a s i t   U n i v e r s i t y   w h o   s uppo r t e us   t hr o ug h o ut   t h i s   w o r k.       R EF ER EN C ES   [ 1]   A .   C he c ko ,   H .   C hr i s t i a ns e n,   Y .   Y a n,   L .   S c o l a r i ,   G .   K a r d a r a s ,   M .   B e r g e r ,   a n L .   D i t t m a n n,   C l o ud  r a f o r   m o bi l e   ne t w o r k s a   t e c hno l o gy   ov e r v i e w ,   I E E E C om m un .   S ur v e y s   &   T ut or i a l s ,   v o l .   17 ,   no .   1 ,   p p.   405 426 ,   2015 . ht t p s : / / i e e e x pl o r e . i e e e . o r g / do c um e nt / 689 7914 .   [ 2]   D .   H .   H a i l u ,   G .   G .   l e m a ,   S .   B j o r ns t a d ,   Q o S   P e r f o r m a nc e   o f   I nt e g r a t e H y br i O pt i c a l   N e t w o r i M o bi l e   F r o nt hu a l   ne t w o r ks ,   I ndone s i an   J ou r na l   o f   E l e c t r i c al   E ng i ne e r i n and  C om pu t e r   Sc i e nc e   ( I J E E C S) , vol .   7,   N o .   1,   J ul y   2017 ,     pp.   18 9 - 204.   D O I :   ht t p: / / do i . o r g / 10. 1159 1/ i j e e c s . v 7. i 1. p p189 - 20 4 .   [ 3]   D .   H .   H a i l u,   G .   G .   l e m a ,   S .   B j o r ns t a d,   P e r f o r m a nc e   E v a l ua t i o o f   E t he r n e t   N e t w o r f o r   M o bi l e   F r o nt hu a l   N e t w o r ks ,   I nd one s i an  J ou r na l   o f   E l e c t r i c a l   E n gi ne e r i n a nd  C om put e r   Sc i e nc e   ( I J E E C S) , vol .   7 ,   N o .   1 ,   J u l y   2017 ,   pp.   2 87 - 298 .   2015 .   D O I :   ht t p: / / do i . o r g / 10 . 1 1591 / i j e e c s . v 7. i 1 . pp287 - 29 8 .   [ 4]   A .   J .   H us s e i n,   A .   R i a dh ,   M .   A l s ul t a n,   a nd   A . T a r e q ,   A ppl i c a t i o ns   a n D e s i g f o r   a   C l o ud  o f   V i r t u a l   S e n s o r s ,   I ndo ne s i an   J our nal   o f   E l e c t r i c a l   E ngi ne e r i ng   and   C om p ut e r   Sc i e nc e   ( I J E E C S ),   vol .   2 ,   N o .   1 ,   pp.   2 29 - 240 ,   2016 .   [ 5]   X .   D o ngy a n g ,   R .   P i ny i ,   D .   Q i ng he ,   a nd  S .   L i ,   " J o i n t   dy na m i c   c l us t e r i ng   a nd  u s e r   s c he du l i ng   f o r   do w nl i nk  c l o ud  r a d i o   a c c e s s   n e t w o r w i t l i m i t e f e e dba c k , "   C h i na  C om m uni c at i on s v o l .   12 ( 12 ) ,   pp . 14 7 - 159 .   20 15 .   ht t ps : / / i e e e xp l o r e . i e e e . o r g / do c um e nt / 73 8552 2 .   [ 6]   X .   H ua ng ,   G .   X ue ,   R .   Y u,   a nd  S .   L e ng ,   " J o i nt   s c he dul i ng   a nd  be a m f o r m i ng   c oo r di na t i o i c l o ud  r a d i o   a c c e s s   ne t w o r k s   w i t Q o S   g ua r a n t e e s , "   IE E E   T r an s ac t i ons   on   V e hi c u l ar   T e c hnol o gy v o l .   65 ( 7) ,   pp . 544 9 - 5460 .   2016 .   [ 7]   D .   L i u,   S .   H a n,   C .   Y a ng ,   a n Q .   Z ha ng ,   " S e m i - dy na m i c   us e r - s pe c i f i c   c l us t e r i ng   f o r   do w nl i nk   c l o ud  r a di o   a c c e s s   ne t w o r k , "   I E E E   T r a ns .   V e h .   T e c h nol . ,   v o l .   65 ,   no .   4 ,   pp .   2063 207 7 ,   A pr .   2 016 .     [ 8]   A .   D o ui k,   H .   D a h r o uj ,   T .   A l - N a f f o ur i ,   a nd  M .   A l o ui ni ,   "   C o o r di na t e s c he d ul i ng   a nd   po w e r   c o nt r o l   i c l o ud - r a d i o   a c c e s s   ne t w o r ks , "   I E E E   T r ans ac t i o ns   on   W i r e l e s s   C om m uni c a t i o ns ,   15 ( 4) ,   pp . 25 23 - 2536 .   201 6 .   [ 9]   S h.   A l i ,   A .   A y a z ,   I .   R a z i ,   S .   S a j i d,   a nd  U .   T a r i q.   " J o i n t   R R H - A s s o c i a t i o n,   S ub - C ha n ne l   A s s i g nm e nt   a nd  P o w e r   A l l o c a t i o i M ul t i - T i e r   5G   C - R a ns . I E E E   A c c e s s v o l .   pp.   34 393 - 344 02.   2 018 .   ht t ps : / / i e e e xp l o r e . i e e e . o r g / do c um e nt / 83 8776 5 .   [ 10]   H .   G ha uc h,   M .   R a hm a n ,   S .   I m t i a z ,   C .   Q v a r f o r dt ,   M .   S ko g l und ,   a nd  J .   G r o s s ,   U s e r   A s s i g nm e n t   i C - R A N   S y s t e m s :   A l go r i t hm s   a nd  B o unds ,   I E E E   T r ans ac t i o ns   on  W i r e l e s s   C om m un i c a t i ons v o l .   17( 6) ,   pp . 38 89 - 3902 .   2018 . ht t p s : / / a r xi v . o r g / a b s / 1606 . 08 401 .   [ 11]     Z .   C ha ng ,   J .   G o ng ,   T .   R i s t a ni e m i ,   a nd   Z .   N i u,   " E ne r gy - E f f i c i e nt   R e s o ur c e   A l l o c a t i o a n U s e r   S c he du l i ng   f o r   C o l l a bo r a t i v e   M o b i l e   C l o uds   w i t H y br i R e c e i v e r s , "   I E E E   T r ans .   V e hi c ul ar   T e c hn ol ogy v o l . 65( 12) ,     pp. 9 834 - 984 6.   20 16 .   [ 12]   M .   A w a i s ,   A .   A hm e d,   M .   N a e e m ,   M .   I qba l ,   W .   E j a z ,   A .   A npa l a g a n,   a nd  H .   K i m ,   " E f f i c i e n t   j o i n t   u s e r   a s s o c i a t i o a nd  r e s o ur c e   a l l o c a t i o f o r   c l o ud  r a d i o   a c c e s s   ne t w o r ks , "   I E E E   A c c e s s , v o l .   5 ,   pp . 14 39 - 1448 .   201 7.     [ 13]   I .   H bur i   a nd  H .   A l - R a w e s hi dy ,   " O ut a g e   a nd  a v e r a g e   e r r o r   pr o ba b i l i t y   f o r   U L - m a s s i v e   M I M O   s y s t e m s :   A s y m pt o t i c   a na l y s i s , "   I E E E   I n t e r na t i ona l   C on f e r e nc e   on  C om m un i c at i on s   ( I C C ) ,   P a r i s ,   p p.   1 - 6.   2017 . ht t p s : / / i e e e x pl o r e . i e e e . o r g / do c um e nt / 799 6891 .   [ 14]   I .   H bur i ,   " E ne r gy   e f f i c i e nt   c e l l   a s s o c i a t i o i n   t w o - t i e r   c e l l u l a r   ne t w o r k s , "   I E E E   I n t e r na t i o na l   C on f e r e nc e   on   A dv an c e   of   Su s t ai n ab l e   E ngi ne e r i n and  i t s   A p pl i c a t i on  ( I C A SE A ) ,   W a s i t ,   201 8,   p p.   79 - 84 .   do i : 10. 1109/ I C A S E A . 2018. 8370 960 .     [ 15]   D .   N g ,   S .   L o ,   a nd  R . S c ho be r ,   " E ne r gy - E f f i c i e nt   R e s o ur c e   A l l o c a t i o i O F D M A   S y s t e m s   w i t L a r g e   N um be r s   o f   B a s e   S t a t i o A nt e nna s "   I E E E   T r an s .   W i r e l .   C om m u n , v o l .   11 ,   pp.   3 292 3 304 ,   2012 .   [ 16]   O .   T e r v o ,   L . T r a n ,   a nd  M .   J un t t i ,   " O pt i m a l   E n e r g y - E f f i c i e nt   T r a n s m i t   B e a m f o r m i ng   f o r   M ul t i - U s e r   M I S O   D o w nl i nk"   I E E E   T r ans .   Si gna l   P r oc e s s ,   v o l .   6 3,   pp .   557 4 55 87 ,   2 0 15   [ 17]   E .   B j ör ns o a n E .   J o r s w i e c k,   O pt i m a l   R e s ou r c e   A l l oc at i on  i C o or d i na t e M ul t i - C e l l   Sy s t e m s   N o w   P ubl i s h e r s ,   201 3.     [ 18]   J .   T a ng ,   W .   T a y ,   a nd  T .   Q ue k,   C r o s s - l a y e r   r e s o ur c e   a l l o c a t i o w i t h   e l a s t i c   s e r v i c e   s c a l i ng   i c l o ud  r a d i o   a c c e s s   ne t w o r k , I E E E   T r ans ac t i ons   on  W i r e l e s s   C om m un i c at i ons ,   v o l .   14 ( 9 ) ,   pp .   506 8 - 5081 .   2015 . ht t p s : / / i e e e x pl o r e . i e e e . o r g / do c um e nt / 710 5959 .   [ 19]   M .   P e ng ,   S .   Y a n ,   a nd  H .   V .   P o o r ,   " E r g o di c   c a pa c i t y   a na l y s i s   o f   r e m o t e   r a di o   he a a s s o c i a t i o ns   i c l o ud  r a di o   a c c e s s   ne t w o r ks , "   I E E E   W i r e l e s s   C om m un .   L e t t .   v o l .   3 ,   no .   4 ,   pp .   3 65 - 368,   A ug .   201 4 .   [ 20]   I .   P ól i a nd  T .   T e r l a ky ,   I nt e r i o r   P o i nt   M e t ho ds   f o r   N o nl i n e a r   O p t i m i z a t i o n .   I N o nl i ne a r   O pt i m i z a t i o n , .   1s t   e d,   Spr i nge r :   B e r l i n ,   G e r m a ny ,   2010 .   [ 21]   Z .   S ha o   e t   a l . ,   S t a nd a r ds - c o m pl i a n t   e ne r gy - s a v i ng   s c he m e s   f o r   dow nl i nk  L T E / L T E - a dv a nc e ne t w o r ks ,   i P r oc .   I E E E   P I M R C ,   W a s hi ng t o n,   D C ,   U S A ,   pp .   86 9 0.   S e p.   20 1 4 . ht t p s : / / i e e e xp l o r e . i e e e . o r g / do c um e nt / 7 1361 38 .               Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    IS S N : 2 502 - 47 52   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   16 ,   N o .   2 N o v e m be r   2 019   :     79 3 - 802   802   B I O G R A P H I ES   O F   A U T H O R S           I s m a i l   S h.   B .   H bur i r e c e i v e t he   B . E .   d e g r e e   i e l e c t r i c a l   e ng i ne e r i ng   f r om   t he   U ni v e r s i t y   of   T e c hno l o gy / B a g hda i 19 91 ,   t h e   M . S c .   d e g r e e   i e l e c t r i c a l   e ng i n e e r i ng   f r o m   t he   U ni v e r s i t y   o f   T e c hno l ogy / B a g hda i 2007 ,   a n t h e   P h. D .   de g r e e   i c o m m uni c a t i o ns   a n e l e c t r o ni c s   f r o m   B r une l   U n i v e r s i t y   L o ndo n,   U . K . ,   i 2 017 .   H e   i s   c ur r e n t l y   a   L e c t ur e r   w i t U n i v e r s i t y   of   W a s i t ,   I r a q .   H i s   e xpe r i e nc e   i nc l u de s   l e c t ur i ng   e l e c t r o ni c s   a nd   c om m uni c a t i o n.   H i s   c ur r e nt   r e s e a r c a r e a   i s   5G ,   C - R A N ,   I o T ,   M 2M ,   W S N ,   a nd   M I M O   s y s t e m s .           H a s a A l   K ha z a a l i , r e c e i v e t he   B . E .   de g r e e   i e l e c t r i c a l   e ng i ne e r i ng   f r o m   t he   U ni v e r s i t y   of   T e c hno l o gy / B a g hda d,   t he   M . S c .   a nd  t he   P h. D .   de g r e e   i e l e c t r i c a l   e ng i ne e r i ng   f r o m   t he   U ni v e r s i t y   o f     T e c hno l ogy / B a g hda i 2003   a n 2 010 ,   r e s pe c t i v e l y .   H e   i s   c ur r e n t l y   a   L e c t ur e r   w i t U ni v e r s i t y   of   W a s i t ,   I r a q.   H i s   e xpe r i e nc e   i nc l ude s   l e c t u r i ng   e l e c t r o ni c s   a n c om m uni c a t i o n.   H i s   c ur r e n t   r e s e a r c a r e a   i s   5G ,   A nt e nna /   w a v e gui de   D e s i g n,   C - R A N ,   I o T ,   W S N ,   a nd  S D R   s y s t e m s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.