基于自适应功率分裂的协作非正交多址接入无线携能通信网络性能分析

为了提高无线通信系统的频谱利用率、降低功耗,针对双向协作非正交多址接入携能网络,提出了一种自适应功率分裂的无线携能准则。中继利用译码转发协议和用户的距离信息执行串行干扰消除,检测用户的信息并从发送端收割能量。发送端设计自适应功率分裂准则,使中继可以成功检测用户的信息,然后把剩余的能量全部用于能量传输,进而中继可以收割到最多的能量并将所解码的信息转发给接收端。基于所提的自适应功率分裂准则,分析网络的全局中断概率、端到端中断概率,以及高信噪比条件下的分集增益。与基于固定功率分裂的协作三级正交多址接入携能网络相比,基于自适应功率分裂的协作两级非正交多址接入携能网络可以获得更优的中断性能。     

基于连续凸逼近的协作式非正交多址接入联合无线携能通信的能效优化方案

在传统的非正交多址(NOMA)系统中,通常将更多的功率分配给边缘用户以此来保证其通信质量,系统公平性以牺牲系统容量为代价。基于协作通信的NOMA系统虽可解决上述问题,但在协作阶段中心用户需承担中继的作用,这种方式必将给中心用户带来一定的负担。为了兼顾系统容量和公平性,该文提出一种基于协作通信和无线携能通信(SWIPT)的新型资源分配方案,该方案在满足边缘用户通信质量情况下,使用能量收集设备完成能量收集,通过连续凸逼近(SCA)求解目标问题最大化系统能效。仿真结果表明,与传统NOMA和协作式非正交多址接入系统(CNOMA)相比,CNOMA-SWIPT系统的能量效率得到了较大的提高,在基站最大发射功率为30 dBm时相比NOMA系统能达到60.8%的增益,相比CNOMA系统能达到比CNOMA系统高出约11.5%的增益,更符合绿色通信的发展理念。     

基于非正交多址接入异构携能网络稳健能效资源分配算法

为了解决5G移动通信系统功耗较大、频谱短缺、覆盖盲区等问题,针对用户终端带能量收集的两层异构非正交多址接入网络,提出了一种基于能效最大的稳健资源分配算法。考虑每个微蜂窝最小速率约束、微蜂窝基站最大功率约束、跨层干扰约束和时间切换系数约束,基于有界信道不确定性建立联合稳健功率分配和时间切换的混合资源分配模型。基于Dinkelbach方法和Worst-case方法,将原NP-hard问题转换为确定性优化问题。利用连续凸近似方法将确定性稳健优化问题转换为凸优化问题,并基于拉格朗日对偶分解方法提出一种双层迭代算法实现功率分配和最优时间切换。仿真结果表明,所提算法在能效和稳健性方面优于传统非稳健算法和非携能通信算法。     

基于非正交多址接入中继通信系统的功率优化

针对基于非正交多址接入(NOMA)技术的中继通信系统,在兼顾系统性能与计算复杂度的基础上,该文提出一种结合统计信道信息(S-CSI)和瞬时信道信息(I-CSI)的混合功率分配策略(H-PAS)来有效实现上述折中。仿真结果表明,NOMA方案在H-PAS策略下,一方面比单纯利用S-CSI时的传统正交多址接入技术具有更高的频谱效率;另一方面在和速率差别不大的情况下,又比单纯利用I-CSI时的NOMA方案具有更低的信令开销和计算复杂度。     

关于5G的非正交多址接入技术分析

5G技术创新将会出现在无线和网络两个层面,与传统方式不同的是,5G将不再以单一多址接入技术作为主要特征,其采用一组关键技术—非正交多址接入技术,内涵将更加宽泛。文章分析了当前5G研究中最热门的非正交多址接入技术、多用户共享接入技术和稀疏码多址接入技术3种非正交多址技术的本质思想,以及比较了它们各自的优势和存在的问题,并且在5G多址技术选取方面对3种非正交多址技术提出了选取依据。     

无线网络中的功率域非正交多址接入技术

功率域非正交多址接入(Dower Domain Non-orthogonal Multiple Access,PD-NOMA)技术,作为未来无线通信系统中重要的多址接入技术之一,可满足系统高频谱效率、高连接密度及低时延等需求。相比正交多址接入技术(Orthogonal Multiple,OMA),PD-NOMA利用用户间信道差异、功率域复用及串行干扰消除算法,实现多用户同时共享时、频、码资源。为推动功率域非正交多址接入技术的学术研究与实际应用,梳理了其基本原理,并从信息论角度验证了其相比正交多址接入技术可获得更高的频谱效率。基于PD-NOMA的现存研究工作,分别归纳讨论了单天线PD-NOMA、多天线PD-NOMA、协作PD-NOMA、能效PD-NOMA、可见光通信中的PD-NOMA、认知PD-NOMA及PD-NOMA的性能优化等关键技术研究方向。针对上述方向,进一步剖析了其未来研究趋势,并分别从接收机设计、信令开销、物联网应用及标准化4个方面深入探讨PD-NOMA在实际应用中所面临的难题。最后指出PD-NOMA的基本理论研究已接近成熟,但多技术融合仍需深入研究以加快该技术成果转化,从而充分发挥其在未来无线网络中的高频谱效率优势。     

两用户非正交多址接入的最优时延均衡和功率控制方法

该文针对采用非正交多址接入(NOMA)技术的两用户单小区网络,考虑信道衰落的随机性和业务到达的动态性,以均衡用户排队时延并最大化网络总吞吐量为目标,构建了资源管理的随机优化问题。基于李雅普诺夫优化方法,推导了随机优化问题的最优解的闭式表达式,并提出一种低复杂度的联合时延均衡和功率控制的最优资源管理方法。对比了采用NOMA时的次优资源管理方法与采用时分多址接入方法时的最优资源管理方法,仿真结果表明所提方法能够显著提升网络性能。     

非正交多址接入下行链路用户匹配与功率优化算法

该文针对应用非正交多址接入(NOMA)技术的多输入多输出(MIMO)下行通信系统,在考虑误差传播进行理论分析的基础上,提出一种基于距离和空间相关度的用户匹配准则,并对基站的发射功率分配进行优化。仿真结果表明,所提方法能够在提高系统可容纳用户数的同时保证好的系统的和速率性能。     

多用户认知非正交多址接入系统中断性能分析及功率分配算法

非正交多址接入(NOMA)是5G网络关键候选技术之一,其与认知无线电(CR)技术相结合形成系统(CR-NOMA),能够实现更高的频谱效率及更大的吞吐量。该文将直传与中继协同传输(CDRT)方案引入多用户CR-NOMA系统,其中CDRT表示次级源(SS)直接与近端次级用户通信,而仅通过中继(R)与多个远端次级用户通信。在非理想自干扰消除和全双工(FD)中继情况下,推导了每个NOMA用户中断概率(OP)的精确闭式表达。此外,在该系统模型下分析SS, R和用户的收益最优化问题,提出一种基于收益的两阶段迭代功率分配算法。仿真结果显示,在高信噪比(30 dB)条件下,与随机功率分配及平均功率分配方案相比,该文所提算法的用户和速率、SS总收益、R总收益分别可最高提升13%, 56%及26%。蒙特卡罗仿真验证了理论分析与实验结果的一致性。     

面向5G的非正交多址接入技术

为了满足未来5G在频谱效率和连接数等方面的需求,非正交多址接入技术日益受到产业界的重视.从多用户信息论的角度,首先,探讨非正交多址接入与正交多址的理论性能比较及其逼近多用户信道容量界的有效途径;其次,对功率域、星座域、码域3种非正交多址方案的设计原理、信号处理和性能增益进行了深入分析;最后,从网络运营的角度剖析了非正交多址接入技术的应用场景、对系统设计带来的影响和网络后向兼容性等问题.     

NOMA-D2D协作无线系统的物理层安全

针对未来海量用户设备接入的物理层安全（physical layer security，PLS）应用需求，提出了一种组合非正交多址接入（non-orthogonal multiple access，NOMA）、终端直通（device-to-device，D2D）与中继协作的NOMA-D2D协作无线系统PLS模型。该模型由采用发射天线选择（transmit antenna selection，TAS）的基站、分别作为基站和D2D发射端的NOMA远端蜂窝用户、D2D接收端以及被动窃听者组成，其中的D2D发射端承担基站的 NOMA 近端用户和解码转发中继两种角色。利用高斯—切比雪夫正交定理推导两种 TAS 方案下NOMA-D2D协作无线系统的安全中断概率、非零安全容量概率以及渐近安全中断概率的近似表达式。数值计算和仿真实验验证了NOMA-D2D协作无线系统PLS性能分析的准确性；在基站总功率恒定时增大分配给远端蜂窝用户的功率能有效提升NOMA-D2D协作无线系统的PLS性能。     

基于OQAM-OFDM的NOMA通信系统设计

针对传统基于正交频分复用（OFDM）调制波形的非正交多址接入（NOMA）通信系统存在的旁瓣衰减较慢问题,提出了一种基于交错正交幅度调制的正交频分复用（OQAM-OFDM）波形的NOMA系统设计方案。所提设计方法通过在典型NOMA系统设计中加入OQAM预调制和滤波器组滤波等处理,有效加快旁瓣衰减,实现了较好的频域聚焦性能。仿真结果表明,提出的设计方法不仅有效提高了系统的频谱利用率,而且在抵抗多径干扰时误码率有所降低。虽然重点研究了通信下行链路,但是所得结论同样适用于上行链路。     

Non-orthogonal multiple access protocol for overlay cognitive radio networks using spatial modulation and antenna selection

In this paper we propose a novel spectrum sharing protocol for overlay cognitive radio networks using non-orthogonal multiple access (NOMA), spatial modulation (SM) and antenna selection (AS). The proposed protocol allows a secondary transmitter (ST) to transmit simultaneously to both a primary receiver (PR) and a secondary receiver (SR) using SM. The usage of NOMA and SM will increase the spectral efficiency for both PR and SR with reduced detection complexity than the case without NOMA in which the detectors are required to jointly detect both SM symbols at each receiver. The application of AS at ST with regards to PR provides higher quality transmission for PR without affecting the performance of SR. The performance of the proposed protocol is investigated by derivations of upper bounds on the average symbol error probabilities at PR and SR and by Monte Carlo simulations. Analytical and simulation results show that the proposed protocol offers efficient spectrum utilization over spectrum sharing protocols proposed recently that uses SM – to convey the primary data to PR through the amplitude phase modulation technique and the secondary data to SR through the index of the active antenna.     

协作SWIPT-NOMA系统的物理层安全性研究

针对协作非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)系统中用户充当中继并存在窃听者的场景,提出了一种新型协作干扰传输方案,以提高该系统的安全性.在第一时隙,基站将混合信号进行广播,同时为了干扰窃听者,信道条件较差的用户采用全双工的工作模式,发出协作干扰信号对窃听者进行干扰.在...     

FTH-PPM多址接入技术在60 GHz脉冲无线通信系统中的性能

针对60 GHz脉冲无线通信系统中存在的多址接入干扰问题,研究了基于FTH-PPM多址接入方案的性能。在IEEE 802.15.3c信道模型下,分析了系统误码率性能与跳频码数量、信噪比、用户数之间的关系,研究了FTH-PPM多址调制系统特性,并与TH-PPM、TH-PAM方案进行比较。仿真结果表明,系统在多址条件下,可以通过改变信噪比、频率跳数、用户数来满足所需的误码率,同时在一定范围内,FTH-PPM的误码率性能优于TH-PAM和TH-PPM的误码率性能,并且可以根据脉冲占空比的值选择合适的多址调制方式,为60 GHz脉冲无线通信的应用提供技术参考。     

A novel multicarrier index keying-aided non-orthogonal multiple access systems in presence of uncertain channel state information

This paper investigates the performance of novel multicarrier index keying-aided non-orthogonal multiple access (MCIK-NOMA) system. Unlike the classical scheme, the proposed system sends the information through both index domain and constellation domain symbols thereby increases the spectral efficiency. The impact of channel state information (CSI) uncertainty on the system's performance is investigated. More specifically, the performance of MCIK-NOMA under three different CSI conditions is analyzed: perfect CSI, MMSE-based variable CSI, and fixed CSI uncertainty. This paper also discusses the optimum power difference needed for the successful separation of symbols at the SIC receiver by alternating the power ratio in the proposed system. The influence of selecting different active subcarriers and modulation techniques on the system's performance is studied in detail. The simulation results show that the proposed system achieves better BER and spectral efficiency and outperforms the existing systems.     

面向5G的非正交多址接入技术

在频谱资源受限的情况下,非正交多址接入（non-orthogonal multiple access,NOMA）技术由于其良好的过载性能而受到广泛关注。首先,提出了基于复杂度受限的NOMA理论设计模型;接着,对目前主流的NOMA 技术方案进行了研究分析,并针对每种方案给出了其设计原理;进一步,设计了基于期望值传播（expectation propagation,EP）的低复杂度接收机;最后,通过仿真比较了 NOMA 与传统正交多址接入（orthogonal multiple access,OMA）技术的性能。结果表明,NOMA较传统的OMA技术能够显著提升系统容量和误码率（block error rate,BLER）性能。     

非正交多址技术中利用对称矩阵的用户分组

现有非正交多址接入技术中,用户分组算法的实现首先对信道相似度门限值进行判断,选出候选成组用户;进而对候选成组用户的信道增益差进行比较,选出最优的成组用户。然而,上述分步求解算法中信道相似度门限值的设置存在一定的随机性,导致候选成组用户的选取不准确,从而影响分组结果,限制系统性能的提升。针对上述问题,提出利用对称矩阵的用户分组算法,对用户信道相似度进行非线性变换,而后将用户信道相似度和增益差线性求和构建成新的信道信息矩阵,进一步利用该矩阵的对称性进行求解。仿真分析表明该方法分组结果比设置门限的传统方法更优,在不同用户数目时系统容量均得到提升。在传统方法门限值为0.95时,所提算法系统容量在用户数为16时提升了13.4 Mb/s。     

非正交多址中继系统复数域网络编码优化设计

无线中继与网络编码是提高通信系统数据可靠性和吞吐率的重要技术手段,重点研究了单中继非正交多址系统复数域网络编码的优化设计问题.首先,在限制源节点和中继节点的总发送功率并假设各个源节点发送功率相同的条件下,证明了当源节点与中继节点发送功率相等时基于复数域网络编码的单中继非正交多址系统误符号率(SEP)性能最佳.其次,以编码增益为目标函数,提出了一种复数域网络编码的优化设计方法.与已有的复数域网络编码系数设计方法相比,此方法能满足任意源节点个数条件下复数域网络编码系数的优化设计要求,同时可以有效地避免因为网络编码系数选择不当造成信号重叠的现象,提升和改进系统的SEP性能.     

Simultaneous energy harvesting and information processing in wireless multiple relays with multiple antennas

Wireless networks suffer from battery discharging specially in cooperative communications when multiple relays have an important role but they are energy constrained. To overcome this problem, energy harvesting from radio frequency signals is applied to charge the node battery. These intermediate nodes have the ability to harvest energy from the source signal and use the energy harvested to transmit information to the destination. In fact, the node tries to harvest energy and then transmit the data to destination. Division of energy harvesting and data transmission can be done in two algorithms: time-switching-based relaying protocol and power-splitting-based relaying protocol. These two algorithms also can be applied in delay-limited and delay-tolerant transmission systems. The previous works have assumed a single relay for energy harvesting, but in this article, the proposed method is concentrated on improving the outage probability and throughput by using multiple antennas in each relay node instead of using single antenna. According to our simulation results, when using multi-antenna relays, ability of energy harvesting is increased and thus system performance will be improved to great extent. Maximum ratio combining scheme has been used when the destination chooses the best signal of relays and antennas satisfying the required signal-to-noise ratio.