MIMO系统非正交多址接入技术研究

【摘要】：功率域非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)是一种在功率域进行信号叠加的非正交多址接入技术,也是非常有潜力的55多址接入技术候选方案。NOMA可以在不增加系统带宽的情.况下提升系统的吞吐量,提高频谱效率。NOMA与MIMO(multiple-input multiple-output)的结合能够进一步提升系统容量。考虑到目前的通信系统仅能为低速移动用户提供良好的服务,在高速移动场景下蜂窝系统的性能大大下降,因此有必要借助MIMO-NOMA系统的优势,对高速移动场景下的通信问题展研究。另外,MIMO-NOMA系统的用户分簇算法对弱用户的速率提升有关键作用,它能够减小簇间干扰,进一步提升系统的性能。本文针对三个关键问题展开研究,分别为同时为高铁用户和本地用户服务的MIMO-NOMA系统,MIMO-NOMA系统用户信噪比近似及用户分簇算法优化,提出了基于MIMO系统的同时为高铁用户和本地用户服务的NOMA系统模型,推导了单用户信噪比近似公式,设计了MIM O-NOMA系统级仿真平台,对提出的系统的性能进行理论分析与仿真验证。另外对MIMO-NOMA系统的用户分簇算法进行改进,更好的抑制了簇间干扰,并通过仿真验证了提出算法能够提高系统性能,具体内容如下。首先,介绍了NOMA的原理、关键技术、系统模型及与OMA的对比,然后介绍了MIMO系统的模型与关键技术,包括预编码等,最后对于NOMA与多天线的结合方案及用户分簇问题现有的解决方法进行了分析。重点介绍了MIMO-NOMA结合为高铁用户和本地用户同时提供服务的系统模型及系统干扰处理与性能分析。其次,推导了MIMO-NOMA系统的单用户信噪比期望,建立系统级仿真,通过仿真结果,证实了提出的系统方案相比于传统MIMO-NOMA及MIMO-OMA的性能优势,并验证了信噪比期望近似方案的有效性。最后,通过对用户分簇算法进行改进优化了MIMO-NOMA的性能。文章介绍了传统的用户分簇算法原理,对比传统算法的优缺点,重点介绍改进的基于K-means的用户分簇算法,并通过仿真验证,提出的算法能够提高MIMO-NOMA系统的性能。