非完美信道状态下NOMA网络的资源分配技术研究

发布时间：2020-04-11 14:07

【摘要】：近年来,新兴技术的涌现、智能终端设备数目的爆发式增长以及用户高服务质量需求,使得有限的频谱资源日渐“捉襟见肘”。因此,通信学者们主要将关注点放在提高频谱效率的无线通信技术的研究中,如非正交多址接入技术(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)。在NOMA系统中,发送端对同一NOMA用户组的用户信息采用功率域复用技术叠加编码并发送;接收端采用串行干扰消除技术(Successive Interference Cancellation,SIC)进行译码。NOMA技术凭借其显著提升频谱效率和提高用户入网数量的特点,成为下一代通信网络中重点研究技术之一。现有研究工作主要集中在假设基站已知完美信道状态信息(Channel State Information,CSI)的情况下进行资源分配,然而在实际的通信环境中很难获得完美CSI,因此研究非完美信道状态信息(Imperfect Channel State Information,ICSI)下的NOMA系统模型非常有必要。本文研究了基于ICSI下NOMA蜂窝网络的资源分配问题,将用户匹配方案和功率分配因子作为变量,以该系统下行链路的能效最优化为目标进行数学问题建模,并提出了一种启发式算法,将原有问题降维处理。首先,针对同一NOMA用户组内不同用户之间的功率分配问题,传统方案中通常采用全搜索功率算法(Full Search Power Algorithm,FSPA),但是随着全网用户数量的逐步增多,FSPA方法的时间复杂度呈指数级增长,因此本文提出了一种次优迭代功率分配算法,可以实现逼近FSPA算法最优性能的同时降低了复杂度。其次,不同的用户匹配方案也会影响NOMA用户组之间的最优功率分配因子,进而影响系统性能,而现有的用户匹配方案通常采用用户双向选择,复杂度较高且不能实现最优性能,针对该问题本文依据次优迭代功率分配算法计算所有用户匹配方案下的能效矩阵,进而将该问题转换成指派问题,利用匈牙利算法求解确保得到最优用户匹配方案。最后,当NOMA用户组间的功率分配因子和用户匹配方案确定后,原能效问题经证明是关于信道间功率分配因子的拟凹函数,可以利用梯度协助二分法寻找最优解。仿真结果证明,本文提出的启发式算法在确保系统用户服务质量需求的前提下,能够有效逼近全空间搜索算法实现的最优能效,同时大大降低了计算复杂度。
【图文】：

示意图,资源分配,译码

同用户信息按照信干噪比大小排序，消除干扰实现用户信息的实现正确解调。NOMA技术时域、频域以及功率域资源分配示意图如图 2.2 所示。图2.2 基于 NOMA 技术的资源分配图2.1.2 NOMA 特点与优势NOMA 技术包含以下几个特征：(1)依赖于设备处理能力。由于用户译码时存在来自同一 NOMA 组的其他用户干扰，那么接收端硬件在译码时除了针对本用户信息进行译码外，还需要对其他干扰用户的信息进行译码，这将导致接收机硬件设计复杂度急剧增加。因此 NOMA 的实现必须依靠较高处理能力的硬件设备。(2)利用信道增益差异特性实现功率域的复用。NOMA 技术中，对于信道条件好的用户分配较少的发射功率，同时可以获得额外信道自由度的补偿，反之信道条件差的用户分配到更多的功率可以提升单用户的速率上界。也就是说，虽然 NOMA 技术功率分配更为复杂，既要考虑不同的子信道，还要考虑每个子信道之间的用户对应的功率分配，但同时也可以充分利用功率域的自由度提升系统性能。(3)实际部署中的稳健性。传统的 OMA技术会采用 OFDM、混合自动重传请求等基本技术保证系统的稳定性能。但实际中

蜂窝网络,下行链路,场景图,基站

，各用户之间为独立信道增益。基站和用户图2.3 基于 NOMA 的蜂窝网络下行链路场景图的配置分别为多天线和单天线，，频带总带宽为 B 并作归一化处理。基站在同一无线资源块上，以非正交资源分配方式处理 M 个用户的信息，接收端的用户接收到的信
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5

【参考文献】