在线客服

咨询热线

非正交多址接入系统下行链路簇内用户数最大化研究

作者:未知

  摘 要: 针对非正交多址接入系统(NOMA)下行链路,基于系统吞吐量最大化原则,对簇内用户发射功率进行了最优分配,发现簇内用户数过多会导致簇内吞吐量下降,提出了给定吞吐量最小限值条件下簇内用户数最大值的估计方案.仿真结果显示:当给定吞吐量的最小限值为10 Mbit·s-1时,簇中所能包含的最大用户数为4.
  关键词: 非正交多址接入(NOMA); 功率分配; 用户配对
  中图分类号: TN 929.5文献标志码: A文章编号: 1000-5137(2019)01-0013-07
  Abstract: For the downlink of non-orthogonal multiple access system,by use of the principle of system throughput maximization,the transmission power of intra-cluster users was allocated optimally.However it was discovered that the intra-cluster throughput declined with the excessive number of intra-cluster users.An estimation scheme of the maximum number of intra-cluster users under the given minimum throughput limit was proposed.Simulation results showed that the maximum number of users that could be included in a cluster was 4 when the minimum limit for a given throughput was subjected to 10 Mbit·s-1.
  Key words: non-orthogonal multiple access(NOMA); power allocation; user pairing
  0 引 言
  在5G系统的候选关键技术中,非正交多址接入(NOMA)技术因其高频谱效率而被人们广泛关注.NOMA系统的子信道传输采用正交频分复用(OFDM)技术,子信道之间互不干扰,但多个用户可以共享同一频段内的若干子信道.NOMA系统在发送端采用非正交发送方式,主动引入干扰信息,在接收端通过串行干扰删除(SIC)接收机实现正确解调.SIC接收机可根据用户信号功率大小不同,按照一定的顺序消除干扰,达到区分用户的目的.
  ISLAM等[1]对NOMA的基本概念和应用场景进行了介绍.SHAHAB等[2]为使系统吞吐量和误码率达到均衡,在两用户场景下,提出了基于二分搜索方案的阈值功率改进分配方案.ALI等[3]研究了在多用户场景下,根据用户经历的信道状况的不同,对用户进行分簇,基于此分析了上下行鏈路的功率分配问题.WANG等[4]结合OFDM技术,将两用户场景拓展到多输入多输出场景,但计算复杂度有待降低.SHAHAB等[5]在传统用户配对的基础上,提出了混合用户配对方案和统一信道增益差配对(UCGD)方案,有效解决了由于用户配对造成的吞吐量差异等问题.曹雍等[6]为提高边缘小区用户公平性问题,提出了一种新的功率分配策略:根据比例公平方法,在保证每个用户最低数据传输速率的情况下,最大化复用公平性最差的用户的比例公平因子.张德坤等[7]介绍了NOMA系统下行链路接收端的干扰消除算法,并将检测算法和SIC算法相结合,有效去除了用户间干扰.
  上述研究都假设NOMA系统单个簇中的用户数固定,且均没有分析同一频段中的单个用户簇所能包含的用户数.随着未来用户数的上升,从提高频谱效率的角度出发,如何在保证吞吐量的前提下最大化单簇中的用户数,逐渐成为需要进一步研究的问题.本文作者对NOMA系统下行链路中的用户进行分簇,基于系统吞吐量最大化的原则,对用户发射功率进行了最优分配;基于最优功率分配方案,在给定吞吐量最小限值条件下,保证吞吐量最大的同时,研究了NOMA系统同一频段中单簇内最大用户数的优化问题.
  1 系统模型
  设NOMA系统下行链路的一个用户簇中包含K个用户,用户共享ω个信道带宽为B的子信道.基站端根据用户通信链路的增益进行簇内用户间的功率分配,随后叠加簇内用户的发射信号.接收机通过SIC算法检测出各用户信号.
  2 下行链路功率分配
  设NOMA系统中请求接入的用户数M远大于系统可用的子信道数T,一般将共享同一频段内子信道的用户称为一个用户簇.采用下列分簇方案.
  2.1 用户分簇
  具体步骤为:基站将用户按照各自链路的增益由大到小的顺序进行排序,并以此作为用户的序号,依次为每条子信道分配用户,将共享同一条子信道的用户定义为一组,则每组包含T个用户。为平衡各用户簇之间的吞吐量差异,从每组中选择1个用户, 共同构成一个用户簇,同一组中的用户均与其他组的用户形成新的用户簇,故最终形成T个用户簇,每个簇中包括K个用户,第t个用户簇βt中包涵的用户序号集合为:
  2.2 簇内用户间的最佳功率分配
  4 实验结果及分析
  4.1 参数设置
  假设簇内用户数为K,共享子信道个数ω为5,每个子信道带宽B为180 kHz.假设前K-1个用户的归一化链路增益是由大到小间隔为5 dB,当第K个用户的归一化链路增益最大值不超过第K-1个用户时,研究单用户簇总吞吐量性能.NOMA系统用户簇的发射总功率Pt为23 dBm,SIC接收机处的检测阈值Ptol为10 dBm.参考目前关于5G数据传输速率最高可达100 Mbit·s-1的标准,不失一般地,设系统吞吐量最小限值为10 Mbit·s-1.   4.2 仿真结果分析
  介绍了NOMA系统下行链路的用户分簇和功率分配技术,研究了单簇用户数最大化问题.以单用户簇吞吐量最大值为目标函数,同时用吞吐量最小限值对其进行约束,得到单簇内用户数最大的优化模型.仿真结果表明:在给定吞吐量限值下,单用户簇内的用户数存在最大值.NOMA系统单用户簇中用户数上限的解析表达还有待进一步研究.
  参考文献:
  [1] ISLAM S M R,AVAZOV N,DOBRE O A.Power-domain non-orthogonal multiple access (NOMA) in 5G systems:potentials and challenges [J].IEEE Communications Surveys and Tutorials,2017,19(2):721-742.
  [2] SHAHAB M B,KADER M F,SHIN S Y.On the power allocation of non-orthogonal multiple access for 5G wireless networks [C]//2016 International Conference on Open Source Systems and Technologies.Lahore:IEEE,2016:89-94.
  [3] ALI M S,TABASSUM H,HOSSAIN E.Dynamic user clustering and power allocation for uplink and downlink non-orthogonal multiple access (NOMA) systems [J].IEEE Access,2016,4:6325-6343.
  [4] WANG C L,CHEN J Y.Power allocation for a downlink non-orthogonal multiple access system [J].IEEE Wireless Communications Letters,2016,5(5):532-535.
  [5] SHAHAB M B,IRFAN M,KADER M F,et al.User pairing schemes for capacity maximization in non-orthogonal multiple access systems [J].Wireless Communications and Mobile Computing,2016,16(17):2884-2894.
  [6] 曹雍,楊振,冯友宏.新的NOMA功率分配策略 [J].通信学报,2017,38(10):157-165.
  CAO Y,YANG Z,FENG Y H.New NOMA power allocation strategy [J].Journal on Communications,2017,38(10):157-165.
  [7] 张德坤.非正交多址系统功率分配及干扰消除算法研究 [D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2015.
  ZHANG D K.Research on power allocation and interference cancellation algorithms for nonorthogonal multiple access systems [D].Harbin:Harbin Institute of Technology,2015.
  (责任编辑:包震宇,顾浩然)
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14847319.htm