面向信息时效的NOMA资源分配策略研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ares_sh
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随着第五代移动通信技术的发展,在未来的通信网络中,用于传感和监测的设备会越来越多,而及时的信息更新对于这些系统的正常运行至关重要。因此,信息年龄(Age of Information,Ao I)这一新指标被提出用来度量信息及时性。此外,非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)通过功率域的复用方式在特定无线资源上可以同时为多个用户服务,被认为是未来多址接入技术中最有前途的技术之一。其在数据包的及时更新方面相对于传统的正交多址接入(Orthogonal Multiple Access,OMA)具有巨大的潜力。同时,由于超可靠和低延迟通信的要求,未来的Io T网络将使用有限码长的短包通信。综上所述,针对有限码长场景下,NOMA技术的时效性研究正逐渐获得广泛的关注,本文将从这一角度出发展开研究。目前,关于NOMA技术的Ao I性能研究还处于起步阶段,仍存在许多未解决的问题,尤其是对功率分配策略的研究十分匮乏。现有的策略对于功率分配的选择只能从有限的离散集中取值,并且复杂度过高。针对这一问题,本文在NOMA短包通信模型下提出了一种低复杂度的固定功率分配策略,并得到最优功率分配因子使系统Ao I的期望加权和(Expected Weighted Sum of Ao I,EWSAo I)最小。在此基础上,进一步改进了混合NOMA/OMA策略。在该策略下,系统可以在NOMA和OMA之间自适应切换,并根据用户的瞬时Ao I动态分配各用户的功率。为了提升远用户的性能,进一步考虑近端用户充当远端用户中继的协作NOMA方案。基于公平性的角度,本文进一步结合无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)研究协作SWIPT NOMA的系统时效性。仿真结果表明在不同的场景下NOMA,OMA,协作SWIPT NOMA的时效性表现各有不相同,具有各自的优势。针对这一问题,本文提出了一种自适应NOMA/OMA/协作SWIPT NOMA传输方案,并进一步研究了基于马尔可夫决策过程(Markov Decision Process,MDP)的最优自适应资源分配策略。此外,为了降低计算复杂度,设计了一种基于Lyapunov优化的次优自适应资源分配策略。仿真结果表明两种策略都显著的提升了系统的整体时效性。
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