NOMA-VLC系统中最大化总和速率功率分配方法

非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA)被认为是提高无线通信系统频谱效率的一种很有前途的技术。文中将NOMA技术应用于可见光通信(Visible Light Communication, VLC)中，提出了一种基于深度Q网络(Deep Q Network, DQN)强化学习算法的功率分配方案来解决可见光通信系统最大化总和速率优化问题，该方案充分考虑了用户的信道条件，能够提升系统总和速率，可为VLC系统的功率分配问题提供新的思路。仿真结果表明，所提算法比Q学习功率分配算法、增益比功率分配算法、随机功率分配算法拥有更高的总和速率，在用户数小于11的范围内，总和速率平均分别提升了6.28%、12.20%、51.36%。     

毫米波大规模MIMO-NOMA系统功率分配和混合预编码设计

针对基于非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA)的毫米波大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)系统中边缘用户可达速率较低的问题，提出了一种联合功率分配和混合预编码的优化方案来保证边缘用户在内的所有用户都具有较好的速率性能。基于最大最小公平性准则，设定了一个含有复杂目标函数和高维非凸约束的优化问题。采用固定变量法将该非凸问题转换为功率分配和混合预编码2个子优化问题处理。对于功率分配的设计，通过卡罗需-库恩-塔克(Karush-Kuhn-Tucker, KKT)条件得到了封闭形式下的最优功率分配系数；对于混合预编码的设计，提出了基于迫零(Zero Forcing, ZF)和压缩边界粒子群优化(Boundary Compressed-Particle Swarm Optimization, BC-PSO)算法相结合的求解方法，得到混合预编码的次优解。提出了一种交替优化算法来交替优化功率分配和混合预编码，直到满足设定的精度要求。仿真结果表明，该方案的最大最小速率优于传统的NOMA方案。     

基于非正交多址的室内可见光通信系统性能优化方法

室内可见光通信(Visible Light Communication, VLC)系统常用的非对称限幅光OFDM(Asymmetrically Clipped Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing, ACO-OFDM)与直流偏置光OFDM(DC-biased Optical OFDM, DCO-OFDM)采用加循环前缀、信道均衡和载波复用等方法解决信道干扰及多用户复用问题,但均以牺牲有效性为代价。非正交多址(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)通过功率域复用提高频谱利用率,利用串行干扰消除(Successive Interference Cancelling, SIC)进行多用户信号处理,有效兼顾可靠性与有效性。将NOMA应用于室内可见光系统,建立基于NOMA-DCO-OFDM的可见光信号传输及信道增益模型。通过功率域多用户信道差异计算信道增益,进行功率分配实现功率域复用,提高系统容量和通信速率;利用SIC按功率分配算法对用户逐一解调,减弱信道干扰,提高可靠性。通过理论分析和仿真实验验证表明:该系统的通信速率达到6.8×107 bit·s?1,且合速率受用户数量的影响不显著。2用户下,误码率(Bit Error Rate, BER)为10?4时用户1有5.2 dB左右的性能提升,用户2有2.3 dB左右的性能提升,通信可靠性也明显提高。     

基于能效的NOMA蜂窝车联网动态资源分配算法

在支持车与车直接通信(V2V)的非正交多址接入(NOMA)蜂窝网络场景下,针对V2V用户与蜂窝用户的干扰以及NOMA准则下的功率分配问题,该文提出一种基于能效的动态资源分配算法。该算法首先为了保证V2V用户的时延及可靠性同时满足蜂窝用户的速率需求,联合考虑子信道调度、功率分配和拥塞控制,建立了最大化系统能效的随机优化模型。其次,利用李雅普诺夫随机优化方法,通过控制可接入数据量保证队列稳定性以避免网络拥塞,并根据实时网络负载状态动态地进行资源调度,设计一种次优化子信道匹配算法获得用户调度方案,进一步,利用凸优化理论和拉格朗日对偶分解方法得到功率分配策略。最后,仿真结果表明,该文算法可以满足不同用户的服务质量(QoS)需求,并在保证网络稳定性前提下提高系统能效。     

基于能量效率的双层非正交多址系统资源优化算法

该文针对双层非正交多址系统(NOMA)中基于能量效率的资源优化问题,该文提出基于双边匹配的子信道匹配方法和基于斯坦科尔伯格(Stackelberg)博弈的功率分配算法。首先将资源优化问题分解成子信道匹配与功率分配两个子问题,在功率分配问题中,将宏基站与小型基站层视作斯坦科尔伯格博弈中的领导者与追随者。然后将非凸优化问题转换成易于求解的方式,分别得到宏基站和小型基站层的功率分配。最后通过斯坦科尔伯格博弈,得到系统的全局功率分配方案。仿真结果表明,该资源优化算法能有效地提升双层NOMA系统的能量效率。     

NOMA系统中利用共轭梯度法的功率分配方案

通过功率分配,5G通信的关键技术——非正交多址（NOMA）实现发射功率域的多用户复用,有效提高了频谱效率。不同的功率分配方案直接影响系统的吞吐量,针对NOMA下行链路现有功率分配算法存在的局部最优问题,提出了一种利用共轭梯度法的最优功率分配方案,采用共轭梯度法求解用户的加权和速率最大化的优化问题。现有理论证明,该方法可以收敛到全局最优解。仿真结果表明,该方法性能优于已有的固定功率分配（FPA）算法和分数阶发射功率分配（FTPA）算法,且此非正交多址（NOMA）系统性能明显优于正交多址（OMA）系统。      

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。     

异构蜂窝网络中基于能效的非正交多址接入下行功率分配算法

该文针对应用非正交多址接入(NOMA)技术的异构蜂窝网络,在考虑层间层内干扰的情况下,提出一种能效最大化的功率分配算法。该算法主要包括两部分,一部分为子信道内用户功率分配因子的求解,主要利用差分优化的方法,迭代求解。另一部分为子信道间的功率分配,主要利用凹凸程序法将原有的非凸问题简化为可解的凸问题,最后利用拉格朗日求解法得出功率最优解。仿真结果表明该算法有良好的迭代性,且新算法表明利用NOMA技术得到的系统能效较利用正交技术得到的系统能效提高了至少44%以上。     

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(CRNOMA),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CRNOMA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。     

面向船联网的NOMA系统用户公平性研究

非正交多址技术(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)有助于提升船联网的连接数量和频谱效率。通过研究公平性约束下船联网NOMA系统的能量效率优化问题,设计基于速率方差的用户公平性因子,并提出了一种公平性约束下NOMA系统的能量效率优化策略。首先,假设基站到各个簇的发射功率相同且簇内用户数固定,以最大化能量效率作为用户分簇的目标,利用遗传算法对用户分簇方案进行优化;其次,在满足最小公平因子的条件下对簇内用户间的功率分配进行优化。仿真结果表明该优化策略能提高能量效率且用户公平性得到了保证。     

基于短包通信的NOMA下行链路安全传输

面向物联网业务中的低时延需求,将短包通信(SPC)和非正交多址接入(NOMA)技术相结合,针对存在窃听者的情况研究多用户NOMA系统中的安全传输问题.以最大化弱用户的安全吞吐量为目标,考虑用户译码错误概率约束、总功率约束和功率分配约束,提出了一种低复杂度的功率分配方案实现系统安全传输.为解决复杂的目标函数和不可靠的串行...     

Two-way中继系统协作节点选择及功率分配策略

为了提高Two-way中继系统总速率,该文提出了一种Two-way AF中继系统的双向中继选择(BRS)策略,该策略通过联合考虑中继节点处的接收信噪比和中继节点到目的节点间的信道增益,实现了最优中继选择。进一步,在最优中继基础上提出了Two-way中继系统两种优化功率分配策略:(1)基于凸优化的功率分配策略(OPA-CO);(2)基于信道增益差异的优化功率分配策略(OPA-DCG)。方案(1)提出了总功率受限的条件下最大化Two-way中继系统总速率的优化模型;方案(2)通过考虑链路之间信道增益的不同,提出了一种速率增量最大化的数学优化模型,为降低求解凸优化模型的复杂度,采用一种迭代功率分配算法求解上述优化模型。仿真结果证明两种策略均能提高系统总速率。     

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。     

无人机短包通信中基于NOMA传输的安全性能分析

针对物联网（IoT）通信的低延时需求,为了保证数据传输的灵活性,本文构建一种基于短包传输的无人机（UAV）通信网络。由于非正交多址接入（NOMA）技术能够增加可服务的地面用户数量,故将该技术应用到无人机短包通信（UAV-SPC）系统中可以解决多用户的安全传输问题。与正交多址（OMA）技术相比,NOMA可有效提高用户接入公平性和频谱利用率,因此被广泛用于下行链路的通信传输。为解决复杂的安全传输问题,首先证明在功率和译码错误率约束的条件下,分别存在最优的功率分配,数据传输包长和系统传输比特数使目标用户的平均安全吞吐量最大。在此基础上,通过本文所提算法得到安全传输问题的优化解。实验结果验证了该算法的稳定性和可行性。此外,与基准方案相比,本文所提方案可有效降低短包传输的通信时延,提高系统中目标用户的平均安全吞吐量。     

可见光通信系统的低复杂度预编码矩阵设计

在可见光通信（VLC）系统中,发射端调制信号的幅度必须保持非负才能驱动LED发光,导致VLC系统的可达速率公式与传统射频通信系统存在较大差异。此时,传统最大化可达速率的预编码矩阵设计方法不再适用。针对该问题,提出了一种适用于多输入多输出VLC系统的预编码矩阵设计方法。首先,基于严格卡罗需-库恩-塔克条件求解出特征信道功率分配表达式。然后,根据注水算法的思想为性能较好的子信道分配较大功率。通过对特征信道功率的取值次序进行约束,本方法能在逼近最优可达速率的同时具备低复杂度特点。仿真结果表明,相比现有预编码矩阵设计方法,本方法的可达速率指标有显著提升。     

基于目标容量的网络化雷达功率分配方案

针对现有网络化雷达功率资源利用率低的问题,该文提出一种基于目标容量的功率分配(TC-PA)方案以提升保精度跟踪目标个数。TC-PA方案首先将网络化雷达功率分配模型制定为非光滑非凸优化问题;而后引入Sigmoid函数将原问题松弛为光滑非凸优化问题;最后运用近端非精确增广拉格朗日乘子法(PI-ALMM)对松弛后的非凸问题进行求解。仿真结果表明,PI-ALMM对于求解线性约束非凸优化问题可以较快地收敛到一个稳态点。另外,相比传统功率均分方法和遗传算法,所提TC-PA方案可以最大限度地提升目标容量。     

智能反射面辅助的毫米波MIMO系统波束成形设计

智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS),也被称为可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)或大型智能表面(Large Intelligent Surface, LIS),通过重新配置无线通信传输环境,可以有效提高通信质量。考虑IRS辅助的毫米波多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)下行系统,通过采用流形优化(Manifold Optimization, MO)技术处理,协同优化IRS的无源波束成形、功率分配、预编码矩阵以及合并矩阵,以最大化多用户和速率。由于利用流形优化算法设计的最佳目标函数是非凸的,因此利用毫米波级联信道的内在结构,将非凸问题转换为更加容易处理的问题。仿真结果表明,所采用的MO方案能获得比最小均方误差(Minimum Mean Square Error, MMSE)方案以及随机相位方案更好的和速率性能。     

分布式IRS辅助毫米波MU-MISO系统联合波束成形设计

为解决非视距场景下毫米波多用户多输入单输出(MU-MISO)系统下行链路的可靠性通信问题,提出一种分布式智能反射表面(IRS)辅助多用户通信的联合波束成形设计方案.考虑功率和恒模约束,以用户加权和速率最大为目标,将基站有源波束成形和多个IRS无源波束成形联合建模为非凸优化问题.利用闭式分式规划技术解耦该联合优化问题为易...     

基于目标容量的网络化雷达功率分配方案

针对现有网络化雷达功率资源利用率低的问题,该文提出一种基于目标容量的功率分配(TC-PA)方案以提升保精度跟踪目标个数.TC-PA方案首先将网络化雷达功率分配模型制定为非光滑非凸优化问题;而后引入Sigmoid函数将原问题松弛为光滑非凸优化问题;最后运用近端非精确增广拉格朗日乘子法(PI-ALMM)对松弛后的非凸问题进行求解.仿真结果表明,PI-ALMM对于求解线性约束非凸优化问题可以较快地收敛到一个稳态点.另外,相比传统功率均分方法和遗传算法,所提TC-PA方案可以最大限度地提升目标容量.     

非理想干扰消除全双工协作NOMA系统性能分析及功率分配

随着非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA）技术的不断发展,协作NOMA (Cooperative Non-Orthogonal Multiple Access, CNOMA)也受到广泛关注.该文研究了由一个基站（Base Station, BS）、一个远端用户和一个近端用户组成的全双工（Full-Duplex, FD）协作NOMA (FD-CNOMA)系统,其中近端用户作为一个FD解码转发中继以传输远端用户的信号.考虑实际情况中存在基站与远端用户有无直接链路两种情况,以及非理想连续干扰消除（Successive Interference Cancellation, SIC）对系统带来的残留干扰问题,该文提出并解决了在该模型下用户的功率分配问题.最后,该文基于此模型给出了中继用户和远端用户的中断概率闭式表达式和遍历速率的近似闭式表达式.理论分析与仿真结果表明,即便存在非理想SIC和自干扰,相对于半双工（Half-Duplex, HD）协作NOMA(HDCNOMA)和NOMA系统而言,FD-CNOMA系统表现出更好的系统性能.同时,非理想...