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基于NOMA的无线资源优化与分析

汪诒成  
【摘要】:蜂窝网络的发展日新月异,一方面,网络中移动终端的新型业务的数量和种类呈爆炸式增长,导致了用户的长时数据需求量日益增长;另一方面,人们对物联网时代快捷生活的追求促进了网络中新型机器通信设备的产生,使得数据量小、突发性强的接入请求逐渐增多。这些需求令蜂窝网络有限的频谱资源更加紧张。为了提高系统的资源利用率,蜂窝网络需要采用非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术。采用了 NOMA技术的单小区上行系统能够以提高解调复杂度为代价,使得多个用户复用相同的资源块。为了防止单小区中数据的增长和设备的增多成为小区中用户成功接入和资源合理利用的阻碍,本文对基于NOMA技术的上行单小区资源分配方法进行了研究。具体的工作与贡献点说明如下:(1)将传统的多维星座图(Multiple Dimension Constellation,MDC)稀疏编码多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)系统中的调制方案扩展至多时隙的动态场景中,并通过资源分配优化了动态SCMA系统的容量。首先提出一种分数化SCMA(Fractional SCMA,FrSCMA)技术,通过凸优化的方法找出采用这种技术的系统拥有最优容量时对应的资源分配结果;然后将结果应用到多时隙场景中,提出动态SCMA系统的模型,设计出在动态SCMA系统中的多时隙资源分配方法。理论分析和仿真结果说明,在信道已知时,采用了 FrSCMA技术的动态SCMA系统比MDC-SCMA系统容量提升了 10%。(2)提出了一种基于用户传输速率需求分组的随机接入方法——速分多址接入(Rate Division Multiple Access,RDMA),并设计了一种迭代优化的方案来划分各组合适的速率边界与合理的资源块数量。采用RDMA,基站能够在先验信息只有机器类通信终端传输速率的概率密度分布的条件下,对所有的被激活终端进行分组,并在这之后在每个组中分配合理数量的资源块。分配完成后,终端将根据收到的每个分组的速率界限接入相应的组中,并在组内随机占用资源块发送数据。理论分析和仿真显示RDMA仅使用较少的信令开销就能降低大规模机器类通信系统(Massive Machine Type Communication,mMTC)中终端的接入阻塞概率,可接入的用户数量提升了 20%。本文提出的NOMA系统中资源分配方案能有效地提升通信系统中资源块的复用效率,对于资源分配在NOMA系统中的应用具有重要的意义。


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