NOMA系统联合资源分配方案研究

作     者：包宽鑫 

作者单位：南京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陆音

授予年度：2020年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：非正交多址接入 能量效率 用户公平性 小区边缘用户 可达和速率 

摘      要：非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）采用叠加编码和串行干扰消除技术,相比于正交多址接入具有更高的系统性能。但是,以往的研究通常只考虑功率分配,对于用户组选择和时频资源块分配的研究较少,导致资源利用的不充分。而且,以往的研究目标较为单一,通常以系统和速率最大化为唯一目标,忽视了边缘用户速率和用户公平性。本文针对非正交多址接入技术,考虑系统吞吐量、用户速率、用户公平性等多方面要求,从联合资源分配角度进行了相关研究,以达到资源利用的充分性和公平性。本文主要工作如下:一、研究了NOMA系统中功率分配及能量效率（Energy Efficiency,EE）问题。通过对EE最大化方案进行改进,提出一种同时满足系统EE和用户公平性的折衷方案。在基站可用功率提升时,将部分功率分配给小区边缘用户,用户最低速率能够随着基站可用功率的提升而得到提高。该方案在保证小区边缘用户信息传输速率的同时,满足用户公平性需求,提升基站能量利用率。仿真结果表明,所提方案在提升用户公平性的前提下满足平均EE下限,基站能量利用率接近100%,实现了基站能量的高效利用。二、研究了NOMA系统用户组间资源块与用户组内功率分配的复合问题,提出了一种动态确定用户组间资源块与用户组内功率分配系数的方案,从而有效降低穷举方法的计算复杂度,同时获得最大的系统可达和速率（Achievable Sum Rate,ASR）。首先,考虑用户组内功率分配,推导获得最佳功率分配系数关于用户组资源块数量的表达式;然后,考虑系统ASR与用户组资源块数量的动态关系;最后,在资源块分配过程中通过动态改变资源块和功率分配,使得系统获得最大的ASR,此时的资源块和功率分配方案为最佳分配方案。仿真结果表明,该方法和NOMA-穷举搜索具有相同的ASR性能,远远高于NOMA-随机分配、OMA-穷举搜索以及OMA-随机分配。同时,该方法的计算复杂度远远低于穷举搜索,体现了该方法的优越性。