论文部分内容阅读
第五代移动通信(5G)不仅要实现数据流量的爆发式增长,还要解决大规模连接和低延迟等问题。为了应对这些挑战,NOMA(Non-Orthogonal Multiple Access)可以利用功率域自由度,提高频谱利用率,成为5G的关键技术之一。NOMA允许多用户以不同发射功率共享频谱资源,并采用串行干扰消除接收机实现多用户检测。但是,一方面由于NOMA仅根据信号与干扰加噪声比这个特征区分不同用户的信号,接收机的性能严重依赖叠加传输的用户选择和功率分配方案。另一方面,波束成形技术可以抑制干扰并提高数据速率,但受信道状态信息(Channel State Information,CSI)估计误差的影响,NOMA的波束成形设计稳定性较差。针对NOMA接收机性能严重依赖用户匹配和功率分配方案的问题,本文研究了多载波NOMA系统中用户分组和功率分配算法。具体的,在总发射功率的约束下,研究多载波NOMA下行链路的加权和速率性能的最优化问题。由于子载波分配的组合特性,本文分两步解决所建立的非线性规划问题。首先,提出用户动态分组方案。通过最大化所有匹配用户的信道增益差异,所提方案可以提高系统吞吐量。然后,本文采用WMMSE算法来解决非凸的功率分配问题,以低复杂度的迭代优化可获得局部最优解,通过仿真验证了该算法的收敛性和有效性。针对NOMA波束成形下系统性能稳定性受CSI估计误差影响的问题,本文研究单载波NOMA中多输入单输出信道下的稳健波束成形设计。具体的,考虑两种类型的CSI误差:二阶有界CSI误差和二阶无界CSI误差。在椭圆区域限制的有界CSI误差模型中,本文提出发射功率约束下的用户无中断译码的目标速率最大化问题。为了解决这个问题,首先将其分解为一系列求功耗最小的优化问题。利用凸优化理论,可以得到稳定的波束成形向量,在存在CSI误差时仍获得较高的速率性能。在二阶无界CSI误差模型中,本文研究满足用户中断概率的服务质量下最小化发送功率的优化问题。中断概率的约束使原问题难以处理,本文通过解决这个问题,获得可以满足中断概率要求的稳健波束成形向量。仿真结果验证了所提算法的稳健性和有效性。