5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)非正交多址接入及相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展給第五代(5G)移動(dòng)通信研究提出了諸多挑戰(zhàn)，比如更高的傳輸速率、更低的時(shí)延、更高的連接密度等。基于功率域復(fù)用的非正交多址接入(PD-NOMA)和基于碼域復(fù)用的稀疏碼多址接入(SCMA)被認(rèn)為是5G移動(dòng)通信系統(tǒng)多址接入方式的兩個(gè)最重要候選技術(shù)。本論文分別研究了不同5G場(chǎng)景下，PD-NOMA和SCMA的中斷概率和平均速率性能，得到了一些閉合表達(dá)式和相關(guān)近似結(jié)果表達(dá)式，對(duì)PD-NOMA和SCMA的系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)參

2、數(shù)優(yōu)化具有重要指導(dǎo)意義。
　　首先，提出了一種提高用戶公平性的PD-NOMA功率分配方案，可以更靈活地滿足不同用戶服務(wù)質(zhì)量(QoS)需求。進(jìn)而得到了該方案的中斷概率與平均速率的精確表達(dá)式及其在高信噪比條件下的近似值。與基于固定功率分配的PD-NOMA和認(rèn)知無(wú)線電啟發(fā)式PD-NOMA相比，該方案可以嚴(yán)格保證其中斷概率和平均和速率性能同時(shí)優(yōu)于傳統(tǒng)的正交多址接入(OMA)。通過(guò)該方案，系統(tǒng)吞吐量和不同用戶間公平性可以實(shí)現(xiàn)更加靈活地折中。

3、
　　其次，研究了一個(gè)源端通過(guò)一個(gè)瞬時(shí)無(wú)線信息和功率傳輸(SWIPT)的中繼來(lái)服務(wù)兩個(gè)用戶的協(xié)作模型。通過(guò)分析固定功率分配PD-NOMA(F-NOMA)和認(rèn)知無(wú)線電啟發(fā)式PD-NOMA(CR-NOMA)的性能，分別得到了相應(yīng)的中斷概率閉合表達(dá)式以及高信噪比條件下的近似值。分析結(jié)果表明，這兩種功率分配策略都可以實(shí)現(xiàn)接收可靠性、用戶公平性以及系統(tǒng)復(fù)雜度之間的折中關(guān)系，在保證與SWIPT中繼網(wǎng)絡(luò)OMA實(shí)現(xiàn)相同分集增益的基礎(chǔ)上可以有效地減

4、小中斷概率。
　　接著，假定用戶在單小區(qū)內(nèi)均勻分布，研究了僅已知部分信道狀態(tài)信息(CSI)條件下的下行PD-NOMA系統(tǒng)的性能。對(duì)于基于信道估計(jì)誤差模型的非理想CSI，得到了PD-NOMA系統(tǒng)的中斷概率與平均和速率以及高信噪比條件下的近似表達(dá)式。對(duì)于基于二階統(tǒng)計(jì)(SOS)的PD-NOMA模型，分別得到了中斷概率的閉合表達(dá)式以及兩用戶情況下的近似平均和速率表達(dá)式。對(duì)于這兩種典型的部分CSI下的PD-NOMA場(chǎng)景，PD-NOMA的性能

5、均優(yōu)于傳統(tǒng)的OMA，而且基于SOS的PD-NOMA系統(tǒng)性能優(yōu)于基于非理想CSI的PD-NOMA系統(tǒng)。特別地，在低信噪比區(qū)域，基于SOS的PD-NOMA系統(tǒng)可以獲得與理想CSI的PD-NOMA系統(tǒng)類似的性能。
　　再次，研究了用戶位置在六邊形小區(qū)內(nèi)隨機(jī)部署的上行SCMA系統(tǒng)的平均和速率，分析結(jié)果表明，SCMA系統(tǒng)的平均和速率優(yōu)于OFDMA系統(tǒng)。假定所有用戶相對(duì)基站的距離固定但不一定相同，研究了因子圖矩陣對(duì)上行SCMA系統(tǒng)平均和速率的

6、影響。結(jié)果表明，當(dāng)正交資源分配給相鄰用戶時(shí)，可以得到SCMA系統(tǒng)最優(yōu)遍歷和速率。同時(shí)也提出了一個(gè)低復(fù)雜度的迭代算法來(lái)設(shè)計(jì)最優(yōu)的SCMA因子圖矩陣。
　　最后，假定基站在圓盤(pán)內(nèi)均勻分布，研究了云無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)(C-RAN)。利用高斯切比雪夫積分獲得了C-RAN系統(tǒng)的中斷概率和遍歷容量的近似結(jié)果，該結(jié)果比已有的分析結(jié)果更精確。另外，論文還研究了一個(gè)認(rèn)知無(wú)線電協(xié)作網(wǎng)絡(luò)模型，它包括一個(gè)主用戶、一對(duì)認(rèn)知發(fā)射—接收機(jī)和一個(gè)能量收集中繼，其中中繼