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随着移动通信业务的大规模扩展,第五代移动通信系统(5th Generation,5G)的移动数据量将呈指数爆炸增长。面对日益激增的通信业务,实现通信高速率、低时延、大规模连接以及高频谱效率将是未来5G通信系统所面临的主要挑战。在频谱资源受限的情况下,传统的正交接入(Orthogonal Multiple Access,OMA)方式已难以支持巨量连接数。于是,在此种背景下,可支持多用户同时传输的非正交多址(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术引起了人们的注意,目前被认为是5G中非常具有前景的多址接入方案。同时,多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术可在不增加带宽和天线发送功率的情况下,成倍地提高频谱利用率。因此,MIMO和NOMA技术的结合,即MIMO-NOMA技术,将为5G中实现极高频谱效率提供强有力的保障。本文针对5G应用场景,针对MIMO-NOMA系统的用户调度及波束成型设计展开了深入地研究。具体研究的内容可概括如下:1、单小区MIMO-NOMA系统中融合用户调度的下行波束成型设计在该方案中,首先,在进行用户调度时,为了兼顾考虑簇内用户干扰和簇间用户干扰,根据每个用户信道的差异性,利用L1-范数正则化方法对所有用户分组情况进行初步稀疏化处理,进而从各用户信道相关性角度出发,将具有较大信道相关性的两个用户分为一簇;其次,结合部分发射功率控制(Fractional Transmit Power Control,FTPC)策略实现簇内用户功率分配;最后,根据和速率最大化准则构建一目标优化函数,进而利用连续凸逼近(Successive Convex Approximation,SCA)算法对其进行求解,以获得波束成型矩阵。理论分析和链路仿真表明,所提的融合用户调度的下行波束成型设计方案在系统容量及用户公平性方面均优于经典的用户调度方法、波束成型方法以及OMA。2、多基站MIMO-NOMA系统中用户调度与波束成型方案设计在该方案中,在进行用户调度前,首先,基于K临近(K-Nearest Neighbor,KNN)算法,为区域内所有用户选出为其提供通信服务的基站(Base Station,BS),构成虚拟小区,并在每个虚拟小区内对用户进行初步强弱用户分类,记为备选强用户组和备选弱用户组;其次,考虑到小区内弱用户受到的较大小区间干扰,利用改进的余弦相似度从备选弱用户组中选出与BS进行通信的所有弱用户;最后,为了兼顾考虑簇内用户干扰和簇间用户干扰,根据KNN算法与用户之间的信道差异,从备选强用户组中选出该小区内与BS进行通信的所有强用户,与弱用户成簇。基于此,根据最大化系统和速率准则,采用主优化(Majorization Minimization,MM)算法求解波束成型矩阵。理论分析和链路仿真表明,所提方案的性能均优于随机BF设计、传统BF设计以及OMA。