【摘要】：自香農(nóng)(Claude Shannon)1948年在《通信的數(shù)學(xué)理論》一文對信道容量作出了明確定義以來,尋求高速率的通信方式一直是推動無線通信向前發(fā)展的不竭動力。在高斯信道下,香農(nóng)容量公式表明可以通過提高發(fā)射功率或(和)系統(tǒng)帶寬來獲取更高的信道容量。然而,對于無線接入網(wǎng)(Radio Access Network,RAN)來說,設(shè)計適合的多址接入技術(shù)則是提升無線通信系統(tǒng)容量的一個關(guān)鍵因素。就目前來說,多址接入技術(shù)主要分為正交多址接入(Orthogonal Multiple Access,OMA)和非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)兩大類。NOMA技術(shù)由于打破了多用戶資源正交性配置的約束,在容量、時延和用戶接入密度等方面展示出巨大的內(nèi)在潛力,從而成為現(xiàn)在研究的熱點并有望成為未來無線通信的重要支撐技術(shù)。另外,NOMA技術(shù)可以非常有效的與現(xiàn)有其他的技術(shù)兼容,比如毫米波技術(shù)(Millimeter Wave,mm Wave)或者大規(guī)模多輸入多輸出技術(shù)(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)等,從而進一步提升系統(tǒng)容量。本文主要針對現(xiàn)有NOMA技術(shù)及其在中繼系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了深入研究,具體地,所做工作可概括如下:1.提出適用于NOMA中繼通信系統(tǒng)的通用拓撲結(jié)構(gòu),分析了其主要特征與系統(tǒng)構(gòu)建準則,提出一種新穎的利用混合信道信息進行功率分配的低復(fù)雜度方案。我們首先討論了基于NOMA中繼系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),并探討了系統(tǒng)構(gòu)造、非對稱度度量、譯碼準則和功率分配方案等。按源與目的節(jié)點的用戶參與數(shù),一跳可達的通信模式主要可以分為三類,即單對單,單對多和多對單三種模式。利用這一基本組合,常見的中繼網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也可以分成三類,即上行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),下行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。根據(jù)中繼采用的通信協(xié)議,基于NOMA的中繼網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)會表現(xiàn)出與傳統(tǒng)OMA中繼系統(tǒng)不一樣的特點。在這個基礎(chǔ)上,分析了NOMA中繼網(wǎng)絡(luò)的主要特征與系統(tǒng)構(gòu)建準則,并詳細介紹了系統(tǒng)在不同中繼協(xié)議下的譯碼要求、非對稱度以及功率分配等對性能有重要關(guān)系的參數(shù)指標。最后,給出了一種新穎的利用混合信道信息進行功率分配的低復(fù)雜度方案。2.提出了一種新穎的用于提升小區(qū)邊沿用戶公平性能的NOMA胞元執(zhí)行結(jié)構(gòu)。此方案在我們發(fā)表的論文中稱為串行干擾消除(Successive Interference Cancellation,SIC)并行NOMA胞元執(zhí)行結(jié)構(gòu),它由數(shù)量不對等的兩部分用戶構(gòu)成,即N個小區(qū)中心用戶和單個小區(qū)邊沿用戶。推導(dǎo)了2小區(qū)中心用戶配置下的SIC并行NOMA胞元執(zhí)行結(jié)構(gòu)的瞬時最大無誤信息傳輸率并且比較了SIC并行NOMA胞元執(zhí)行結(jié)構(gòu)、傳統(tǒng)SIC串行NOMA胞元結(jié)構(gòu)和OMA方案的系統(tǒng)可達容量和用戶公平性指標。3.理論分析了基于下行和復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的NOMA中繼通信系統(tǒng)在不同信道信息下的性能。假定系統(tǒng)的統(tǒng)計信道信息可以獲得,首先研究下行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的NOMA中繼通信系統(tǒng)在Nakagami-m衰落統(tǒng)計信道信息下中繼分別采用DF與AF兩種協(xié)議的性能。對于DF協(xié)議而言,本文推導(dǎo)了該協(xié)議下系統(tǒng)和速率和中斷概率的閉式解;對于AF協(xié)議而言,本文也獲得了該協(xié)議關(guān)于中斷概率的閉式解,同時還推導(dǎo)了該協(xié)議在高信噪比下和速率的閉式解。此外,為進一步改善邊沿用戶的性能,在DF中繼的基礎(chǔ)上又提出了一種分集增強的中繼傳輸協(xié)議來進一步提升系統(tǒng)性能。接著假定中繼采用DF協(xié)議并且系統(tǒng)的統(tǒng)計信道信息、瞬時信道信息以及兩者的混合信道信息都可以獲得,研究了復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的NOMA中繼通信系統(tǒng)在瑞利衰落信道下的性能。對于統(tǒng)計信道場景而言,得出了高信噪比情況下系統(tǒng)和速率的閉式解,并給出了相應(yīng)的最優(yōu)和次優(yōu)固定功率分配方案;而對瞬時信道場景來說,研究了系統(tǒng)的可達速率并給出了簡單有效的動態(tài)功率分配方案;對于混合信道信息而言,同樣給出了系統(tǒng)的可達速率并證明該方案是一種簡單有效中低復(fù)雜度功率分配方案。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN925

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本文編號：2596521