骨干辅助工业无线网络NOMA调度技术研究

作     者：朱宇彤 

作者单位：中国石油大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：徐朝农;侯建全

授予年度：2021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：骨干网 非正交多址接入 复杂性 上行数据调度 

摘      要：5G网络的高功耗问题已经成为困扰产业界的难题。尽管功率域非正交多路复用接入(Power-Domain Non-Orthogonal Multiple Access:PD-NOMA)技术有很高的频谱利用率而成为5G m MTC场景下的候选接入标准,但它具有功耗高的致命缺点。因此,降低网络的功耗是PD-NOMA技术能够被规模化应用的关键。本文首先研究了在给定最大传输延迟的约束下,如何降低在单基站PD-NOMA网络架构下的上行传输总功耗的问题。首先,基于单基站PD-NOMA无线网络模型,建立了对问题的最优化模型描述;其后,提出了一个复杂度为O(nlogn)的算法,并证明了其最优性,彻底解决了前人工作中遗留的有关该问题的复杂性证明以及最优算法的开放问题。由于骨干网辅助技术为PD-NOMA接入技术提供了一个降低功耗的可行方法,本文又进一步研究了在骨干网辅助PD-NOMA网络架构下的类似问题,以期望进一步降低上行传输功耗。在建立了骨干网辅助PD-NOMA网络模型的基础上,对上行传输总功耗问题进行了建模。我们从经典的三角划分问题出发,通过构造了一个原创性的规约证据,证明了该问题是NPC问题。最后,基于若干启发策略,包括:优先组配信道增益差异性大的用户传输、总体被解码能力弱的用户安排到低解码相、按解码相顺序以功耗最小为基准贪心选择解码基站等,本文提出了一个O(nlogn)的启发式算法。实验结果表明,相对于在相同网络架构下的先来先服务调度算法,所提出的启发式算法使上行传输总功耗减少了约2个数量级,并且其上行功耗性能已经非常接近理论最优值。