面向功率域NOMA的工业无线网络调度技术研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:lake_zhong
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工业无线网络(Industrial Wireless Networks,IWNs)主要实现对工业生产数据的采集、处理和传输,目前正面临着低功耗、低时延等严苛的要求。非正交多址接入技术(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)在单一资源上叠加多个用户信息,接收机使用干扰消除算法进行多用户检测与分离,可以实现多用户的并行接入。本文面向功率域非正交多址接入技术(Power-domain NOMA,PD-NOMA)在工业无线网络中的应用,通过调度接入技术,分别以发端功耗与时延性能为优化目标,创新性工作主要包括以下两方面。(1)给定系统上行传输时延性能要求,基于非完美SIC(Imperfect Successive Interference Cancellation)模型,以用户调度与功率分配策略为手段,最小化发射端总功耗。论文在问题模型化之后,以残差系数、解码阈值和SIC接收机阶数这三个系统关键参量,得出最优解存在的充要条件。根据该充要条件,提出了一个复杂度为(9)7)2)9))的最优算法。进一步的,针对发射功率离散可调的场景,提出了一个(9)~2)的近似算法,并给出了该算法的一个紧近似比。仿真实验表明:时延性能要求对发端总功耗与最大发射功率都有很大的影响;相对于完美SIC,非完美SIC引入的残差会消耗发射机额外的功耗;然而,随着时延性能的进一步放宽,发端总功耗呈指数下降。(2)给定IWNs的报文负载,研究基于功率分配和用户调度策略的最短上行链路调度问题。首先,提出了最大译码级(Maximum Decode Level,MDL),量化了完美SIC模型下用户的调度弹性,为论证并行用户解码的充分必要条件奠定了基础。然后,将用户调度与功率分配进行解耦,提出了一个两阶段贪心算法,用以求解发射功率连续可调的最短帧长问题,并证明了该算法在两个特例:2-SIC任意负载、k-SIC单一负载,下的最优性。进一步的,将上述贪心算法应用于发射功率离散可调的场景,提出了在2-SIC下的最优算法和在k-SIC下的近似算法。仿真实验表明:总体趋势上,平均帧长随用户负载线性增加;基于SIC的调度算法在动态调度能力上明显优于传统的调度算法,并且可以有效地降低上行调度接入延迟。
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