基于缓冲辅助中继的NOMA网络研究

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基于功率域的非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)技术被认为是5G网络的候选多址接入方案之一,它能够使多个用户的信号在同一时频资源上进行传输,显著的提升系统的频谱效率。缓冲辅助中继技术通过将缓冲技术与中继技术相结合,改变了中继原有的在连续两个时隙收发信号的固定传输模式,使系统对信道状态信息进行了更好地利用,能明显地提升中继协作用户的性能。NOMA技术与缓冲辅助中继技术结合能够有效地提升小区边缘用户的性能以及系统的传输可靠性。本文研究了一种中继协作的NOMA网络,其中基站与近用户直接通信的同时还要通过中继与远用户进行通信。根据传统的NOMA功率分配策略,基站给远用户分配功率更大,所以当中继根据串行干扰消除技术解码远用户信号时,其吞吐量会随着信噪比的提升趋于一个上限,与此同时,近用户吞吐量可随信噪比的提升持续增加,这使得NOMA技术虽然带来了用户接入的公平性,却不能对用户吞吐量公平性进行保障。为解决这一问题,本文将缓冲辅助中继技术应用到该网络中,并提出了三种链路选择策略。首先提出基于吞吐量的链路选择策略,其中以最大化远用户吞吐量为目标,构造了一个最优化问题,并利用拉格朗日乘数法求得了最优的链路传输序列。仿真结果证明远用户吞吐量得到了提升,信噪比较高时吞吐量公平性得到了改善。然后考虑到缓冲辅助中继技术带来的数据时延问题,本文又提出了基于缓冲状态的链路选择策略,其中通过引入一个缓冲门限来控制数据在缓冲中停留的时间,并利用马尔科夫链模型对整个传输过程进行了模拟。仿真结果证明该策略下远用户的中断概率能明显的降低。最后,考虑到上述两种策略仍无法改变远用户吞吐量会随着信噪比的提升趋于一上限这一情况,本文又提出了基于功率分配的链路选择策略。除了使用缓冲辅助中继技术之外,该策略还提出了一种新的功率分配思路,即不再按照传统的NOMA功率分配原则给近用户分配较小功率,给远用户分配较大功率,而是反过来给远用户分配较小功率,给近用户分配较大功率。进一步的,针对在所提策略中使用最优判决函数时计算复杂度较高这一问题,本文同时研究了一种判决函数次优的情况,并给出了两用户吞吐量的表达式。仿真结果表明,在所提策略下当信噪比较低时系统吞吐量得到了提升,当信噪比较高时,用户之间的吞吐量公平性得到了明显的改善。
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