基于NOMA的存储辅助通信技术研究

【摘要】：非正交多址接入(NOMA)作为5G无线通信网络的关键技术,受到业界的广泛关注。与正交多址接入(OMA)相比,NOMA具有更高的频谱效率,能够满足海量接入的需求,具有良好的应用前景。随着硬件技术的发展,存储资源日益丰富,这与通信资源的稀缺形成鲜明对比,深入研究存储辅助通信与NOMA结合带来的变化,对实际应用具有深刻意义。本文重点研究存储辅助NOMA系统的文件传输与存储过程,并取得了一些研究成果。首先,本文在文件存储过程中不存在用户请求的情形下,研究了基于固定功率分配NOMA的文件存储方案,同时也提出了一种最优化功率分配方案。仿真结果表明,最优化功率分配方案的系统性能受文件流行度分布,文件门限速率,叠加文件数,小区覆盖半径等因素的影响,其平均文件命中概率明显优于OMA方案。当基站(BS)发送功率很高或很低时,zipf功率分配方案与最优功率分配方案具有相同的文件命中概率,反之,采用最优功率分配方案相较于zipf功率分配方案存在性能增益。增益的大小与文件流行度指数相关,指数越小,文件越分散,性能增益越大。所得结果为基于固定功率分配NOMA的文件传输方案优化设计提供了理论依据。然后,在文件存储过程中不存在用户请求的情形下,提出了一种基于认知无线电(CR)NOMA的文件传输方案,分析获得了主用户中断概率的近似值,仿真分析了CR-NOMA与存储资源对系统性能的影响。结果表明,在基于CR-NOMA的文件传输方案中,用户具有更高的传输可靠性。由于小区间存在干扰,提高SBS的发送功率并不能保证用户传输成功。信道条件越差,应用存储资源带来的可靠性提升越明显。研究结果对多小区存储辅助通信系统的设计具有重要指导意义。最后,在文件存储过程中同时存在用户请求并且该请求只能由BS满足的情形下,针对用户请求与文件存储的优先级差异,提出了一种基于CR-NOMA的联合传输与存储方案,得到用户的中断概率和小基站的文件命中概率,并且在高信噪比(SNR)下得到用户具有严格正安全容量概率的渐近表达式。仿真结果表明,在发送SNR较低时,基于CR-NOMA的联合传输与存储方案具有与固定功率分配NOMA方案相同的安全性能,但能够提高系统的平均文件命中概率。此研究为基于CR-NOMA的联合传输与存储方案的应用提供了理论依据。