智能反射面辅助的非正交多址系统协作多点传输方案研究

智能反射面(Intelligent Reflection Surface,IRS)和非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)被认为是6G的关键创新型技术,将两者融合可以大幅提高通信系统的频谱效率与能量效率。文中针对IRS辅助的双小区协作多点与非正交多址接入融合系统展开研究,具体地,将IRS部署于两小区中间的小区边缘附近,用来提升边缘用户的信号质量。在考虑用户服务质量(Quality of Service,QoS)与基站发射功率限制的条件下,建立了最大化小区边缘用户可达速率的优化问题。由于该问题是非凸的,很难直接求解,将此问题分解为两个子优化问题,采用交替优化算法进行求解。具体地,采用二分法解决功率分配系数优化问题;采用均方误差(Mean-Square Error,MSE)方法将优化问题转化为等效形式,再通过最大最小化(Majorization-Minimization,MM)算法进一步解决相移优化问题。仿真结果显示,所提出的解决方案使得边缘用户可达速率明显高于其他基准方案。

多基站无线非正交多址接入的平滑视频流传输算法

视频服务需求的快速增长对于视频流畅播放提出了巨大挑战,从用户体验角度分析,视频播放中的卡顿时间可能是最重要指标之一。随着5G网络技术的发展,非正交多址接入(NOMA)技术被重点关注,NOMA技术具有叠加编码和连续干扰消除2个特点,根据这2个特点实现数据的并行传输。利用NOMA技术的并行传输能力来提高基站为用户提供视频的实时性。在用户需求视频名称和视频分辨率给定的情况下,通过联合基站-用户配对方式和基站功率分配来降低视频播放时的卡顿时间。通过对问题进行建模,并提出1个两步启发式算法对问题进行求解,第1步为确定基站与用户的配对方式,第2步为分配基站的发射功率。实验结果表明,基于NOMA的传输调度方案与传统的传输调度方案相比,用户需求的平均卡顿时间有明显的下降,相对于在不采用NOMA机制时,在2-SIC接收机情况下,用户平均卡顿时间减少了55.56%。

基于多载波非正交多址接入的协作移动边缘计算系统优化研究

文章研究了基于多载波非正交多址接入(Multicarrier Non-Orthogonal Multiple Access, MC-NOMA)的协作移动边缘计算系统,该系统由一个用户端、一个协作节点与一个配备边缘计算服务器的接入点(Access Point, AP)组成,旨在给定任务执行时延约束下,最小化用户端与协作节点的通信与计算能耗。为此,首先提出一种新颖的MEC协议,使用户端和协作节点充分利用MC-NOMA技术以高频谱效率的方式进行任务卸载;然后在该协议下,建立系统优化问题,联合优化任务卸载时间与计算时间分配、子载波分配、各个子载波的发射功率分配、任务划分和MEC服务器CPU频率。该问题是一个非凸的混合整数规划问题,求解颇具挑战性。通过利用代数变换、大M表达法、分层优化、连续凸近似和黄金分割法,对该问题进行求解,从而提出一种高效的系统优化算法。仿真结果表明,与已有的仅采用多载波技术研究方案相比,采用MC-NOMA技术可节省50%~60%的能耗。

无线携能传输协同中继非正交多址接入系统的速率优化设计

研究了无线携能传输协同中继非正交多址接入系统中的强用户速率最大化问题。通过把非凸的优化问题转化为凸优化问题,并由MATLAB仿真得到强用户速率的优化结果。结果表明:此非正交多址接入系统的强用户速率随着源节点发射功率的增加而增加;在强用户速率性能方面,此非正交多址接入系统明显优于传统的时分多址接入系统。

非理想连续干扰消除下非正交多址接入上行传输系统性能分析

非正交多址接入(NOMA)技术允许多个发送方共用同一个资源块,接收方通过连续干扰消除(SIC)解码出不同发送方的信息。然而,目前针对NOMA系统的研究大多基于理想SIC的假设,而没有考虑非理想SIC对系统性能带来的影响。针对此问题,该文在非理想SIC的假设下,针对单小区上行NOMA系统提出一套性能分析框架。首先,采用二项式点过程(BPP)对上行NOMA系统中基站和用户设备的空间分布进行建模。基于此模型,采用基于大尺度衰落的干扰消除顺序,对干扰消除的误差情况进行分析。进一步,基于随机几何理论和次序统计理论,推导出距基站由近至远次序为k的用户设备的覆盖概率,并采用平均覆盖概率衡量整个NOMA传输系统的可靠性。理论和仿真结果分析了远近次序、基站半径和发射功率等系统参数对传输可靠性的影响,并验证了理论推导的准确性。

5G非正交多址系统中使用全双工基站干扰的安全传输方案

为了保证5G非正交多址(NOMA)系统中私密信息上行传输过程的信息安全,提出了一种基于全双工基站干扰的物理层安全传输方案。首先,分别使用二项式点过程和泊松点过程,对NOMA上行传输系统中用户设备和窃听者的空间位置分布进行刻画,建立NOMA上行传输系统模型;其次,为了使低硬件复杂度的用户设备付出较小的开销实现安全传输,全双工基站在接收信息的同时发送人工噪声干扰潜在窃听者;最后,基于全双工基站干扰方案,使用随机几何理论对系统的可靠性和安全性进行分析。理论和仿真结果表明:用户设备距离基站越近,全双工基站干扰方案对安全吞吐量的提升越明显;即使对于距基站最远的用户设备,在最优的噪声功率下,该方案仍可以使其安全吞吐量提高约41%。

基于协作多点网络的非正交多址系统的物理层安全研究

研究了基于协作多点网络的非正交多址系统的物理层安全问题,在协作多点网络中存在一个窃听者且中继采用放大转发策略的场景下,对NOMA-CoMP系统的物理层安全性能进行理论分析,推导了全局保密中断概率和各子信道保密中断概率的闭式解。经验证,NOMA-CoMP系统的物理层安全性能优于非CoMP的多小区NOMA系统。

基于无线供电的非正交多址接入网络的鲁棒资源分配研究

无线能量传输是解决无线网络中节点设备能量短缺问题的新技术,非正交多址接入是缓解无线网络频谱紧缺难题和满足大规模节点接入需求的新型多址接入技术.将两者相结合不仅可以缓解节点设备电池能量不足、需要频繁更换电池的问题,还可以提高系统的频谱效率,满足大规模节点接入的需求.本文考虑基于无线供电的非正交多址接入网络,其中包含一个多天线的能量基站、多个单天线用户和一个单天线信息接收机.在该网络中,下行链路和上行链路分别表示从能量基站到用户和从用户到信息接收机的物理信道.在下行链路中,能量基站通过无线能量传输给多个用户提供可靠的能量;在上行链路中,用户使用收集到的能量并基于非正交多址接入技术发送信息给信息接收机.在系统的下行链路信道状态信息不完美的实际情况下,设计鲁棒资源分配策略,联合设计能量基站的波束赋形向量、用户的发射功率和上下行链路间的时间分配,最大化系统的吞吐量.仿真结果表明,所提鲁棒设计算法的吞吐量性能明显优于不具有鲁棒性的资源分配算法.

基于协作非正交多址的无人机辅助卫星通信系统中断性能分析

针对无人机(UAV)辅助的卫星通信系统下行链路,该文研究了基于多天线波束成形和协作非正交多址(NOMA)技术相结合的多用户传输系统。首先,在UAV采用多天线和NOMA技术服务多个用户的情况下,基于用户平均信干噪比最大化准则,提出一种利用角度信息的波束成形方案。其次,在卫星-UAV链路服从相关阴影莱斯分布,而UAV-地面用户链路服从Nakagami-m分布的条件下,推导出系统的中断概率闭合表达式。然后,为了进一步分析系统性能,还推导了高信噪比条件下系统的中断概率近似表达式。最后,计算机仿真验证了理论分析的正确性和所提方案的优越性。

面向低轨多星协作的非正交传输资源分配方法

近年来,低轨卫星星座的密集化使得通过低轨卫星之间的协作通信来提高网络吞吐量的能力得到增强。然而,卫星网络的大空间尺度特性使得传输链路间的时间异步性不容忽视。因此,对在低轨卫星协作通信场景中利用异步非正交传输来提高公平感知率展开研究。首先,推导了该场景下异步容量的表达式用于优化问题的建模,该问题联合考虑了卫星终端连接关系和卫星发射功率分配的优化。为了解决该混合整数非线性问题,提出了一种基于偏好列表的联合资源分配算法,该算法将原优化问题分解为卫星终端连接关系子问题和卫星发射功率分配子问题,在给定偏好列表的情况下分别通过Gale-Shapley算法和Dinkelbach算法求解,然后根据子问题每轮迭代结果更新偏好列表求得最终解。仿真结果验证了采用异步非正交传输在低轨卫星通信网络中的优越性和提出算法在最大最小公平性方面的有效性。

基于PD-NOMA的人员监控图像传输算法

危险区域人员监控具有摄像节点密度高、传输实时性和图像质量要求高的特点。功率域非正交多址接入(PD-NOMA)技术可以支持多路并行传输,有利于在密集传输场景下提升传输实时性,而多摄像节点协同有利于提高图像质量。在面向危险区域人员监控的PD-NOMA摄像网络中,提出通过多图融合的人员监控图像传输算法,以实现高质量监控。首先,定义了图像的“单人信息量”这一关键术语,它反映了图像中单个人员被准确识别的概率;其次,基于摄像节点之间的位置关系定义了多摄像节点拍摄到的单个人员的融合图像信息量;最后,在满足传输实时性要求以及图像中所有人员均可识别的前提下,以最大化融合图像信息量为目标,计算以摄像节点的图像分辨率和无线发射功率为控制变量的实时传输调度方案。实验结果表明,当实时传输上限为0.4 s时,基于PD-NOMA的传输调度方案传输信息量比传统传输方案提高了46.4%,使得图像中人员识别概率从0.8549提升至0.8919。

协同双小区下行协作NOMA-SWIPT中断性能分析

本文研究了在毫微微蜂窝网络(femtocell network,FN)中,协同双小区系统的非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)与无线携能通信(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)下行协作通信的中断性能,提出了一种边缘用户在邻基站及源基站随机中心用户共同协作的下行接入方案。所提方案共分为两个时隙:第一时隙内由两基站向所有用户广播叠加信号,提供中继服务的中心用户对其所接收的叠加信号逐级解码并收集能量。第二时隙,中心用户将其第一时隙内所收集的能量作为额外功率资源,在优先保证自身通信质量的前提下对成功解码的边缘用户信息进行再编码转发。基于空间均质泊松点过程(Poisson point process,PPP)中心用户的位置模型,推导了中心用户与边缘用户平均中断概率的表达式,进行了蒙特卡罗仿真验证,同时分析了各仿真参数(中心用户分布半径、用户阈值速率、路径损耗指数等)与中心用户、边缘用户平均中断概率的关系。结果表明:所提方案可以改善边缘用户的下行接入中断性能和系统吞吐量。

基于NOMA的卫星通信半免授权传输性能分析

卫星通信能够为地面用户提供广域范围、随遇接入的通信服务,近年来备受国内外学者的关注。文中研究了采用半免授权(SGF)传输方案的卫星通信系统的性能。根据卫星通信的特点,利用用户的统计信道状态信息,提出了一种基于上行非正交多址(NOMA)的SGF传输方案,从而提高系统的频谱效率和接入能力。假设卫星链路服从阴影莱斯分布,分别考虑移动终端采用随机接入和分布式争用两种方式的情况,推导出地球站和移动终端的中断概率以及整个系统吞吐量的闭合表达式。仿真结果验证了理论分析的正确性和所提方案的优越性,并定量分析了用户数、目标数据速率等典型参数对系统性能的影响。

协作IRS辅助的CoMP-NOMA网络传输方案

为解决多小区网络中上行传输功率最小化问题,本文提出了一种基于多智能反射面(Intelligent reflecting surface,IRS)的协作多点非正交多址接入(Coordinated multiple point-nonorthogonal multiple access,CoMP-NOMA)系统上行传输方案。具体来说,在小区中心与边缘分别部署IRS提升小区中心用户与边缘用户的传输质量,同时考虑中心和边缘IRS之间的信号反射。为了求解建立的总发射功率最小化问题,本文推导了发射功率与相位偏移之间的关系,并进一步将功率分配系数和相位偏移联合优化问题转化为纯相位优化问题,并进一步采用顺序旋转法将转换后的问题分解为多个一维搜索问题进行求解。仿真结果表明,在相同仿真环境下,本文提出的解决方案在发射功耗方面明显优于其他基准方案。

非线性EH下的SWIPT-NOMA系统性能分析

为了延长无线通信网络的寿命,提高系统的频谱效率和可靠性,扩大信号覆盖范围,对无线携能传输(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)和非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术进行研究,给出了一种简单的无线携能传输的非正交多址接入(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer Non-Orthogonal Multiple Access,SWIPT-NOMA)传输策略。在该策略中,近用户利用功率分割(Power-Splitting,PS)协议收集基站发射信号的能量转发解码数据和自身数据,同时实现基站向远近两用户、近用户向远用户的数据传输。在考虑非线性能量收集(Energy Harvesting,EH)的基础上,推导了系统的中断概率的闭式结果,并进一步给出了高信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)下的中断性能下限。最后,通过仿真分析验证了理论推导的正确性,并得出了系统参数对系统性能的影响规律。

5G网络切片技术对电视传输质量与速度的影响研究

随着媒体消费的不断增长,传统电视传输面临着速度和质量的双重挑战。为此,5G网络切片技术提供了一种革新方案,能够在同一物理网络基础上实现多种服务的高效传输。分析5G网络切片技术如何利用增强移动宽带(Enhanced Mobile Broadband,eMBB)、超可靠低时延通信(Ultra-Reliable and Low-Latency Communication,uRLLC)、海量机器类通信(Massive Machine Type Communication,mMTC)这3大服务类别,并结合非正交技术多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术和波束构成技术,提高电视传输的质量与速度,引领未来传输技术的发展趋势。

基于流向算法的协同雷达-NOMA通信系统布站优化

研究了协同雷达通信系统的布站优化问题,通信系统搭载在无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)上,采用非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术服务多个地面用户,雷达系统为多基地雷达,其多个接收机和发射机分置,雷达系统和通信系统存在部分频谱重叠共享。建立了UAV通信系统发射机和雷达接收机的联合布站优化模型,目标是在通信传输速率约束下,实现通信系统平均传输能耗最小化、通信发射机-雷达接收机信道的信噪比最大化以及雷达定位几何精度因子(Geometric Dilution of Precision,GDOP)最小化。引入流向算法(Flow Direction Algorithm,FDA)进行最优化求解,仿真结果表明,相对于通信系统未采用NOMA技术时,所提出的布站优化方案平均传输能耗更低,且FDA较其他常用智能优化算法的精度和寻优效率更高。

可重构智能表面辅助多用户NOMA网络鲁棒资源分配

在不完美信道状态信息(Channel State Information,CSI)和不完美串行干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)的场景下,研究了可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)辅助多用户非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)网络的鲁棒资源分配问题.在考虑两类用户(信息用户和能量用户)服务质量(Quality of Service,QoS)和信息用户SIC约束下,建立了基站发射功率最小化的优化问题.该问题是一个多变量耦合的非凸优化问题.为了求解该问题,本文使用松弛变量、线性近似、S-程序、符号定性法转化该问题的非凸约束.然后将优化问题分解为两个子问题,最后使用交替优化方法迭代求解两个子问题,直到发送功率收敛.仿真结果表明:该文算法具有较好的收敛性,实现了资源的鲁棒分配,同时有效地降低基站发射功率.

基于MM算法的智能反射面辅助NOMA系统协作传输方案设计

智能反射面(IRS)被视为第六代移动通信系统的尖端和革命性技术。文中研究了IRS辅助的协作多点与非正交多址接入(CoMP⁃NOMA)融合系统的上行发射功率最小化问题。具体地,将IRS部署在两小区的边缘,用于提升边缘用户的传输性能。为了解决提出的功率最小化问题,文中利用发射功率与相位偏移之间的关系,将功率分配和相位偏移联合优化问题转化为纯相移优化问题。然而,由于恒模约束,转化后的相移优化问题仍为非凸问题,因此,提出了一种基于MM算法的相移优化方案。仿真结果表明,在相同的测试条件下,所提出解决方案的传输功耗明显低于其他基准方案。

机器类通信中基于NOMA短编码块传输的高可靠低迟延无线资源分配优化方案

针对机器类通信(MTC)应用场景的业务特征和服务质量(QoS)要求,该文考虑基于非正交多址(NOMA)的MTC中短分组/短编码块传输,探讨MTC中基于NOMA的高可靠低迟延无线资源优化问题。首先,上行传输是基于NOMA的MTC通信的瓶颈,考虑无线蜂窝网络中支持NOMA和高可靠低迟延性能要求,该文建立了上行无线资源优化的系统模型;然后,分析上行传输迟延,导出基于距离的链路可靠性函数;进一步,以迟延、可靠性和带宽为约束下条件,提出一种最大化中心用户和速率的无线资源分配算法,并给出算法的收敛性证明和复杂度分析;最后,实验仿真验证了所提算法的性能优势。