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NOMA技术在车联网V2I通信中的应用研究及其仿真

张璐  
【摘要】:车联网(V2X)通信是指在智能交通系统(ITS)中,车辆与其附近的车辆、行人、交通基础设施、网关实现信息的交换。LTE网络因为其成熟的技术和广泛部署的基础设施,被视为车联网通信有力候选者。然而,在未来,车联网中会有大量的设备接入,传统的基于正交频分多址接入(OFDMA)技术的LTE网络由于其正交接入效率低而面临的拥塞问题,会导致较大的接入时延。非正交多址技术(NOMA)由于其较高的系统容量和优异的频谱效率已是被公认的5G解决方案。因此,本文在LTE框架下,针对基于NOMA的车辆与基础设施(V2I)通信展开研究。首先,本文基于LTE框架,搭建了车联网V2I通信仿真平台,包括网络拓扑结构的建模、车辆用户的建模、路边单元(RSU)的建模以及车联网V2I通信信道模型的选择。基于该平台研究了RSU间距对系统性能的影响。结果表明,在车辆密度一定时,RSU间距越大,系统性能越差。然后,在搭建的车联网V2I仿真平台上,加入了下行链路NOMA模块,研究了NOMA技术的不同用户配对方案和功率分配算法。配对方案中主要研究了预分组配对方案和信道状态排序配对方案。研究表明,在两种配对方案中,前者的整体性能更好,且搜索复杂度适中,还能兼顾用户的公平性(边缘用户吞吐量)。在预分组配对方案中,研究了分组不均匀对用户性能的影响。研究表明,当均匀分组时用户能获得最大的公平性和较好性能。功率分配算法主要研究了固定功率分配算法(FPA)和自适应功率分配算法(FTPA)。研究表明,后者更能考虑到配对用户之间的信道差异,拥有更好的系统性能,且复杂度在可接受范围内。最后,在搭建的基于NOMA的车联网V2I通信仿真平台上,加入了MIMO模块,研究了发送分集、开环复用、闭环复用三种预编码方案。研究表明,相较于OFDMA-MIMO系统,NOMA-MIMO系统中发送分集预编码方案下拥有更高的性能提升。在三种预编码方案中,闭环复用预编码方案下系统拥有最好性能,但信令开销也最大。开环复用预编码方案系统性能仅次于闭环复用预编码方案,且二者性能差异很小,信令开销适中,在实际通信中提倡采用。此外,本文还针对错误传播(EP)问题对基于NOMA-MIMO的车联网V2I通信系统展开研究,结果表明,EP的存在会大大降低车辆用户的性能。


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