非正交多址接入系统功率分配优化设计与性能分析
发布时间：2021-02-07 04:11
未来通信场景具有超高流量密度、超高连接数、超高速率等特征,因而未来无线通信系统的部署面临巨大挑战。在传统的正交多址接入（OMA）技术中,通常为每个用户分配单独的无线资源,例如时间、频率等。非正交多址接入技术允许多个用户共享同一无线资源,从而大大提升用户连接数和系统容量,并降低设备功耗,成为下一代无线通信系统的候选关键技术之一。功率域作为一种新的复用资源,为非正交多址接入技术提供了一个重要的额外设计维度。因此,合理的功率分配对于提升非正交多址接入系统的频谱效率和用户公平性等性能指标具有重要意义。本论文主要研究非正交多址接入系统的功率分配优化设计算法,并对相关理论问题和系统性能指标进行分析。本论文的研究将涉及完备和非完备的信道状态信息（CSI）条件下的单天线、多天线和毫米波（mmWave）通信场景,以及多小区协作场景。已有基于功率域的非正交多址接入（NOMA）系统通常采用完备CSI假设和固定NOMA设计,即固定功率分配和固定解码顺序。由于系统开销的限制,通常难以获得完备的CSI,因而将导致NOMA系统用户遭受服务中断,降低NOMA带来的性能增益。本文研究了已知信道二阶统计特性的单天线非正交...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
1.1 正交与非正交多址接入技术
1.1.1 正交多址接入技术
1.1.2 非正交多址接入技术
1.1.3 基于功率域的非正交多址接入（NOMA）系统
1.2 NOMA系统中的功率分配及相关技术研究现状
1.2.1 单载波NOMA系统
1.2.2 MC-NOMA系统
1.2.3 MIMO-NOMA系统
1.2.4 mmWave-NOMA系统
1.2.5 NOMA与其它技术的结合
1.3 本文的研究思路、主要贡献及论文内容组织
第2章 SISO-NOMA系统的最优功率分配及性能分析
2.1 研究动机与研究思路
2.2 SISO-NOMA系统的最优功率分配
2.2.1 基于中断概率的功率分配优化
2.2.2 基于发送功率的NOMA方案和OMA方案比较
2.2.3 仿真结果和分析
2.3 基于用户公平性的SCMA系统的功率分配优化
2.3.1 多用户SCMA系统模型
2.3.2 多用户SCMA系统的可达速率
2.3.3 多用户SCMA系统的功率分配设计
2.3.4 仿真结果和分析
2.4 本章小结
第3章 MIMO-NOMA系统的功率分配及波束成形设计
3.1 研究动机与研究思路
3.2 MIMO-NOMA系统模型
3.3 基于系统效用最大化的功率分配及波束成形设计
3.3.1 MIMO-NOMA系统效用函数优化建模
3.3.2 CDI模型下提出的下界近似算法
3.3.3 信道估计不确定性模型下提出的近似方法
3.3.4 基于两种非完备CSI模型的算法分析
3.3.5 基于效用函数最大化的仿真结果和分析
3.4 基于功率最小化的功率分配及波束成形设计
3.4.1 完备CSI下的功率分配及波束成形设计
3.4.2 CDI模型下的功率分配及波束成形设计
3.4.3 两种基于功率最小化算法的设计和分析
3.4.4 基于功率最小化的仿真结果与分析
3.5 本章小节
第4章 mmWave-NOMA系统的最优功率分配及用户调度
4.1 研究动机与研究思路
4.2 mmWave-NOMA系统模型
4.3 mmWave-NOMA系统的优化问题建模
4.4 mmWave-NOMA系统的全局最优解算法
4.4.1 基于BB算法的mmWave-NOMA系统的优化问题转化
4.4.2 基于mmWave-NOMA系统的BB算法的基本原理
4.4.3 提出的最优用户调度和功率分配算法
4.5 基于mmWave-NOMA系统的低复杂度优化算法
4.5.1 基于SCA的次优功率分配算法
4.5.2 基于多对一匹配的用户调度算法
4.6 仿真结果与分析
4.7 本章小节
第5章 基于机器学习的mmWave-NOMA系统的用户分簇和功率分配优化
5.1 研究动机与研究思路
5.2 基于随机空间分布的mmWave-NOMA系统模型
5.3 优化问题建模和基于匹配理论的用户分簇算法
5.3.1 mmWave-NOMA系统的优化问题建模
5.3.2 用于mmWave-NOMA系统的基于多对一匹配用户分簇算法
5.4 mmWave-NOMA系统中基于机器学习的用户分簇
5.4.1 mmWave-NOMA系统用户分簇的基本原理
5.4.2 mmWave-NOMA系统分簇测度函数模型
5.4.3 mmWave-NOMA系统用户簇的数目选择
5.4.4 mmWave-NOMA系统用户分簇算法分析
5.4.5 mmWave-NOMA系统在线用户分簇算法
5.5 基于用户分簇的mmWave-NOMA系统功率分配算法
5.5.1 簇间和簇内功率分配的关系
5.5.2 簇内最优功率分配方案
5.6 仿真结果与分析
5.7 本章小节
第6章 基于用户体验（QoE）的多小区NOMA系统的最优功率分配
6.1 研究动机与研究思路
6.2 多小区NOMA系统的网络模型
6.3 多小区NOMA系统的用户-基站关联和子信道分配
6.3.1 匹配理论的基本原理
6.3.2 多小区NOMA系统的用户-基站关联算法
6.3.3 多小区NOMA系统子信道分配算法
6.3.4 基于多小区NOMA系统的三维匹配算法分析
6.4 求解多小区NOMA系统的功率分配优化问题
6.4.1 多小区NOMA系统基于BB的最优功率分配策略
6.4.2 多小区NOMA系统低复杂度功率分配策略
6.5 仿真结果和分析
6.6 本章小节
结论与展望
致谢
参考文献
第2章的相关证明
第3章的相关证明
第4章的相关证明
第5章的相关证明
第6章的相关证明
攻读博士学位期间录用、完成的论文
攻读博士学位期间参与的科研项目
插图
符号和缩略词
本文编号：3021633
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
1.1 正交与非正交多址接入技术
1.1.1 正交多址接入技术
1.1.2 非正交多址接入技术
1.1.3 基于功率域的非正交多址接入（NOMA）系统
1.2 NOMA系统中的功率分配及相关技术研究现状
1.2.1 单载波NOMA系统
1.2.2 MC-NOMA系统
1.2.3 MIMO-NOMA系统
1.2.4 mmWave-NOMA系统
1.2.5 NOMA与其它技术的结合
1.3 本文的研究思路、主要贡献及论文内容组织
第2章 SISO-NOMA系统的最优功率分配及性能分析
2.1 研究动机与研究思路
2.2 SISO-NOMA系统的最优功率分配
2.2.1 基于中断概率的功率分配优化
2.2.2 基于发送功率的NOMA方案和OMA方案比较
2.2.3 仿真结果和分析
2.3 基于用户公平性的SCMA系统的功率分配优化
2.3.1 多用户SCMA系统模型
2.3.2 多用户SCMA系统的可达速率
2.3.3 多用户SCMA系统的功率分配设计
2.3.4 仿真结果和分析
2.4 本章小结
第3章 MIMO-NOMA系统的功率分配及波束成形设计
3.1 研究动机与研究思路
3.2 MIMO-NOMA系统模型
3.3 基于系统效用最大化的功率分配及波束成形设计
3.3.1 MIMO-NOMA系统效用函数优化建模
3.3.2 CDI模型下提出的下界近似算法
3.3.3 信道估计不确定性模型下提出的近似方法
3.3.4 基于两种非完备CSI模型的算法分析
3.3.5 基于效用函数最大化的仿真结果和分析
3.4 基于功率最小化的功率分配及波束成形设计
3.4.1 完备CSI下的功率分配及波束成形设计
3.4.2 CDI模型下的功率分配及波束成形设计
3.4.3 两种基于功率最小化算法的设计和分析
3.4.4 基于功率最小化的仿真结果与分析
3.5 本章小节
第4章 mmWave-NOMA系统的最优功率分配及用户调度
4.1 研究动机与研究思路
4.2 mmWave-NOMA系统模型
4.3 mmWave-NOMA系统的优化问题建模
4.4 mmWave-NOMA系统的全局最优解算法
4.4.1 基于BB算法的mmWave-NOMA系统的优化问题转化
4.4.2 基于mmWave-NOMA系统的BB算法的基本原理
4.4.3 提出的最优用户调度和功率分配算法
4.5 基于mmWave-NOMA系统的低复杂度优化算法
4.5.1 基于SCA的次优功率分配算法
4.5.2 基于多对一匹配的用户调度算法
4.6 仿真结果与分析
4.7 本章小节
第5章 基于机器学习的mmWave-NOMA系统的用户分簇和功率分配优化
5.1 研究动机与研究思路
5.2 基于随机空间分布的mmWave-NOMA系统模型
5.3 优化问题建模和基于匹配理论的用户分簇算法
5.3.1 mmWave-NOMA系统的优化问题建模
5.3.2 用于mmWave-NOMA系统的基于多对一匹配用户分簇算法
5.4 mmWave-NOMA系统中基于机器学习的用户分簇
5.4.1 mmWave-NOMA系统用户分簇的基本原理
5.4.2 mmWave-NOMA系统分簇测度函数模型
5.4.3 mmWave-NOMA系统用户簇的数目选择
5.4.4 mmWave-NOMA系统用户分簇算法分析
5.4.5 mmWave-NOMA系统在线用户分簇算法
5.5 基于用户分簇的mmWave-NOMA系统功率分配算法
5.5.1 簇间和簇内功率分配的关系
5.5.2 簇内最优功率分配方案
5.6 仿真结果与分析
5.7 本章小节
第6章 基于用户体验（QoE）的多小区NOMA系统的最优功率分配
6.1 研究动机与研究思路
6.2 多小区NOMA系统的网络模型
6.3 多小区NOMA系统的用户-基站关联和子信道分配
6.3.1 匹配理论的基本原理
6.3.2 多小区NOMA系统的用户-基站关联算法
6.3.3 多小区NOMA系统子信道分配算法
6.3.4 基于多小区NOMA系统的三维匹配算法分析
6.4 求解多小区NOMA系统的功率分配优化问题
6.4.1 多小区NOMA系统基于BB的最优功率分配策略
6.4.2 多小区NOMA系统低复杂度功率分配策略
6.5 仿真结果和分析
6.6 本章小节
结论与展望
致谢
参考文献
第2章的相关证明
第3章的相关证明
第4章的相关证明
第5章的相关证明
第6章的相关证明
攻读博士学位期间录用、完成的论文
攻读博士学位期间参与的科研项目
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本文编号：3021633
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