基于动态顺序译码的上行非正交多址接入技术研究

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为了满足第五代移动通信高频谱效率、高速率和低延迟的需求,面向非正交多址接入(NOMA)技术开展了越来越多的研究。功率域NOMA的基本思想是通过叠加编码(SC),利用接收功率差异在同一时频资源上复用多个用户。事实证明,NOMA可以在提高频谱效率的同时扩大用户连接数。然而,新的挑战在于,如何解决引入的强用户间干扰以及如何满足每个用户的服务质量(QoS),例如低中断概率要求。在以上两个方面挖掘NOMA系统的潜力是非常有必要的。针对克服接收信号中用户间干扰已经开展了许多研究,采用连续干扰消除(SIC)接收机可以有效消除干扰,分离接收信号中的叠加多用户消息。前人对上行链路NOMA系统的研究中,其接收端多采用基于长期统计信道状态信息(CSI)的固定解码顺序。然而,从SIC接收机的原理来讲,应该首先检测并消除接收信号强度最高的信号,把其他用户信号作为干扰,固定的解码顺序不能保证总与瞬时功率的排序吻合。因而传统接收方案在上行NOMA中并非最优的。为了克服以上不足,本文在上行链路NOMA中提出了,基于瞬时接收信号强度的动态顺序SIC解码机制。通过这种机制,可以尽早检测并消除带来最大用户间干扰的信号。本文从理论上分析了动态解码机制的中断性能,将衰落信道建模为更符合实际的独立不同分布的随机变量,推导了三用户场景下的解析表达式。与常见的顺序统计量方法不同,本文对每个用户中断性能的分析综合了所有可能的解码顺序,并获得了系统的总体性能的数学期望。最后通过仿真,本文验证了理论的正确性,结果显示与固定顺序SIC相比,本文的方案可以实现不同用户之间传输性能的平衡以及更低的中断概率。此外还发现,大多数前人的文献都假设基站完全获知CSI。这是不实际的,因为高精度的信道估计将引入很大的系统开销。由于本文提出的SIC机制中,必须进行信道估计以计算每个用户的瞬时信号接收功率,因此不完美的CSI将在多大程度上影响系统性能,成为有待进一步分析的关键问题。出于以上考虑,本文将不完美CSI对上行链路NOMA系统的影响分成两类:引入额外干扰和误导解码顺序的确定。本文在具有不完美CSI的假设下,考虑了基于瞬时信号强度的动态顺序解码方案,分析了系统性能,推导了两用户场景下中断概率的解析表达式。最后通过仿真,本文验证了理论的正确性,结果显示,在信道估计质量相同的情况下,动态机制优于传统的固定顺序方案,特别在信道估计误差不严重时更加明显;并且发现,引入额外干扰是不完美CSI的主要影响,但不正确的解码顺序不容忽视。
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