功分多址(power division multiple access,PDMA)技术挖掘用户信道差异所带来的增益,在发送端给多个用户分配不同的功率,把多个用户的数据叠加在同一时间/频率资源上进行发送,在接收端采用串行干扰消除(successive interference cancellation,SIC)技术。作为非正交多址技术的一种,PDMA可以有效提升系统容量,增加用户公平性。论文对PDMA技术在下行无线通信系统中的应用进行研究。本文首先从理论上分析了采用PDMA技术带来的性能增益,得到PDMA技术相比于正交多址(orthogonal multiple access,OMA)能够带来一定的性能增益,然后在理论分析的基础上,针对该技术的具体应用问题进行方案设计。主要内容与成果如下:第一,分析了 PDMA技术在不同场景下的系统性能。针对PDMA应用于SISO/MIMO/Massive MIMO场景的不同情况,论文首先定性分析了三个场景与PDMA技术结合的可能性,接着建立统一的信道模型,推导其大尺度衰落分布和接收信干噪比分布,然后在推导的基础上,对PDMA技术的应用可行性进行定量评估,给出配对比率的范围。最后再针对不同场景下的PDMA方案,对系统的吞吐量进行分析,得到系统采用PDMA技术后,相比于现有OMA系统的吞吐量性能增益。第二,研究了 PDMA技术的用户配对方案:当仅考虑用户的大尺度衰落信息时,提出“分组-随机”和“分组-公平性准则”用户配对方案;当同时考虑用户间信道相关性时,提出“分组-信道相关性最大化准则”用户配对方案。其中,“分组-随机”方案复杂度最低,也获得了公平性和有效性的平衡;“分组-公平性准则”侧重公平性;“分组-信道相关性最大化准则”复杂度最高,有效性也最好。第三,对于功率分配方案,论文充分利用配对用户的信道衰落特征,提出“单用户容量无损失”的准则,即每个PDMA配对用户的容量都不低于OMA方案。该准则可以计算出功率分配因子的候选范围,然后根据系统对有效性和公平性的侧重情况选择功率分配因子。最后,针对SIC接收算法,分析了三种具体的实现方案:①符号级别的SIC接收方案,即对干扰的估计无须Turbo解码操作,直接在解调之后进行判决;②码字级别的“硬消去”方案,即,对干扰需解码到比特级别、重构到星座点符号,然后消去干扰;③码字级别的“软消去”方案,即,消去的干扰不是星座点符号,而是根据Turbo解码获得的软信息重构出的软符号。此外,论文给出了“软消去”码字级SIC算法链路到系统的接口建模方案。论文对PDMA系统性能的理论分析方法具有一定参考价值,对PDMA应用的方案设计综合考虑了实现复杂度和系统性能,具有现实意义。