OTFS-NOMA跨域传输系统中的功率分配研究

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随着第五代移动通信(5th Generation Mobile Communication,5G)的发展,频谱资源日渐稀缺,非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)能够支持大规模用户接入,可以很大程度上提升频谱效率,成为5G一项关键技术。同时高速交通发展日益迅速,高速场景下的用户信道具有无法忽略的多普勒频移,传统的OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术已经不能满足现实的需求。正交时频空(Orthogonal Time-Frequency Space,OTFS)能够将快速时变的信道转换为延迟-多普勒域中的缓慢变化信道,获得接近恒定的信道增益,同时能够利用时间和频率的全信道分集,有效抵御多普勒效应和多径效应产生的负面影响。本文结合NOMA和OTFS,考虑OTFS-NOMA跨域传输系统,研究具有不同多普勒频移的用户之间的信号传输,其中具有高多普勒频移的高速用户信号在延迟-多普勒域传输,低多普勒频移的低速用户信号在时频域传输,本文就用户功率分配进行研究,主要工作体现在以下两个方面:(1)OTFS-NOMA跨域传输系统下行功率分配。针对OTFS-NOMA跨域传输系统下行链路场景,提出了基于OTFS-NOMA的跨域分层功率分配策略。该策略中高速用户信号在延迟-多普勒域传输,低速用户信号在时频域传输,在基站处进行分层功率分配。首先在延迟-多普勒域中将高速用户和低速用户组作为一对NOMA用户,根据高速用户的传输速率保证和低速用户组能实现串行干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)要求,来完成高速用户的功率分配;其次,完成延迟-多普勒域信号的SIC后,变换至低速用户组信号所在的时频域,按照低速用户信道状态条件,分配用户功率,实现最大的可达和速率。仿真结果表明,提出的跨域分层功率分配策略与传统的功率分配策略相比可以提供更高的可达和速率,能够指导移动性不同用户的实际传输。(2)OTFS-NOMA跨域传输系统上行功率分配。构建OTFS-NOMA跨域传输系统上行链路场景。在该场景中,不仅高速用户与低速用户组之间作为一对NOMA用户,同时低速用户组内的用户之间也是以NOMA形式进行信号传输。针对该场景,提出两种功率分配策略,首先是考虑跨域传输系统吞吐量的功率分配策略,在该策略中,以最大化高速用户和低速用户吞吐量为优化目标得到用户之间的功率分配;其次是跨域传输系统低速用户公平性的功率分配策略,以最大化最小低速用户数据传输速率为目标进行功率分配。仿真结果表明,提出的功率分配策略优于传统的功率分配策略,能获得更好的系统性能。
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