智能反射表面辅助的非正交多址接入系统用户分组、波束赋形与相移的优化

该文研究智能反射表面(IRS)辅助的多天线非正交多址接入(NOMA)网络中用户分组、发送波束赋形、相移等的联合优化问题。系统中1个分组分配1个波束并在组内进行连续干扰消除检测。该文提出一种不依赖于发送波束赋形和IRS相移的用户分组配对策略,将用户分组与其他优化分离,显著降低了优化问题求解的难度和计算复杂度。进一步,联合优化基站发送波束赋形、功率分配和IRS相移矩阵,最小化基站的总发送功率。原始优化问题是一个多变量相互耦合的非凸优化问题,利用松弛变量、连续凸逼近、半定松弛、交替迭代优化等方法将原问题转化为凸问题并求解。仿真结果显示,相较于1个用户1个波束的方案,所提方案在基站天线数较少时性能更优,而在天线数较多时也与该对比方案非常接近,但所提方案的优化计算复杂度更低。而对比采用不同分组算法、随机IRS相移方案、最大比发射方案,以及无IRS的方案,所提方案的性能始终更优。     

联合时域−波束域非正交多址接入

为了提高系统容纳连接设备的能力,提出了一种适用于毫米波大规模多输入多输出系统的联合时域?波束域非正交多址接入方案。该方案利用用户空间信道的相关性和差异性实现波束域接入,利用稀疏扩频技术实现时域接入,并以提高系统的通信可靠性为优化目标,构造并求解了联合域稀疏接入矩阵设计的优化问题。最后,基于联合域信道质量对接入矩阵进行重构,并在消息传递算法中加入干扰消除操作,降低译码复杂度的同时提高了通信可靠性。     

融合通用滤波多载波的非正交多址接入技术

典型的非正交多址接入技术（Non-orthogonal Multiple Access,NOMA）有稀疏码分（Sparse Code Multiple Access,SCMA）、多用户共享（Multi-user Shared Access,MUSA）、图样分割（Pattern Division Multiple Access,PDMA）等。为了研究这三种典型的NOMA技术与通用滤波多载波复用技术（Universal Filtered Multi-carrier,UFMC）技术结合后的性能,将三种典型的NOMA与UFMC结合,然后分析比较了它们的误码率性能,通过仿真对比得出UFMC-SCMA系统相比其他两种结合系统具有更好的系统性能。为了更进一步验证UFMC-SCMA系统的优点,还将其与热门的OFDM-SCMA系统进行对比。研究结果表明,由于UFMC-SCMA系统具有码本的稀疏性以及近似最优的信息传递算法（Message Passing Algorithm,MPA）检测方案,并采用子频带滤波,有效降低了误码率并提高了频谱效率,因而其具有较好的系统性能。     

全双工主动窃听非正交多址接入系统智能超表面辅助物理层安全传输技术

针对全双工被动窃听和主动干扰攻击下的多用户非正交多址接入(NOMA)系统,该文提出一种智能超表面(RIS)辅助的鲁棒波束赋形方案以实现物理层安全通信。考虑在仅已知窃听者统计信道状态信息的条件下,以系统传输中断概率和保密中断概率作为约束,通过联合优化基站发射波束赋形、RIS相移矩阵、传输速率和冗余速率,来最大化系统的保密速率。为解决上述多变量耦合非凸优化问题,提出一种有效的交替优化算法得到联合优化问题的次优解。仿真结果表明,所提方案可实现较高的保密速率,且通过增加RIS反射单元数,系统保密性能更佳。     

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。     

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.     

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。     

非正交多址接入技术及其应用研究

简要阐述非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)技术的发展,分析认知无线电在NOMA多址技术中的应用。具体地,主要论述5G中NOMA的相关技术,介绍几种典型的NOMA相关方案,并进一步分析了MIMO-NOMA技术,证明了NOMA技术具备很好的兼容性。最后,分析目前商业通信卫星的发展,并对NOMA在卫星通信中的应用进行了相关分析。     

OFDMA系统中多波束机会波束成形研究

机会波束成形（Opportunistic Beamforming,OBF）技术通过加大、加快信道的波动来提高多用户分集增益,将之使用在正交频分复用多址接入（OFDMA）系统中,可以使得系统的吞吐量最大化。在OFDMA系统中,通过对所有子载波进行分簇,可以实现在牺牲系统性能很少的情况下,大大降低系统反馈量。研究了对分簇OFDMA系统使用OBF技术来提高系统吞吐量,并进一步研究了在训练阶段使用多个随机加权向量进行多波束成形,然后从中选择最好的一个来实现数据阶段的波束成形。仿真证明,采用多波束机会波束成形技术能提高OFDMA系统吞吐量。     

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。     

单权值优化发射波束MIMO传输方案

针对无线通信系统越来越高的传输速率需求,提出了一种新的多天线传输方案。该方案将非正交多址接入与波束形成相结合。在发射端,多路信号进行加权叠加,然后对该叠加信号加权形成波束。在接收端,将信号的能量、误码率等信息反馈到发射端用于权值优化。发射端收到反馈信息后,根据误码率对叠加权值进行调整,然后用单权值优化方法对波束权值进行调整,两部分联合优化提高系统的综合性能。实验仿真结果表明,与以往提出的多天线传输方案相比,该方案的传输速率和权值收敛速度都有所提高。     

毫米波大规模MIMO系统中的一种低复杂度的混合波束赋形方案

针对传统模拟/数字混合波束赋形需要进行信道估计和高维奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)的问题,设计了一种低复杂度的混合波束赋形方案。在模拟域,采用离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)设计出码本波束,并提出一种基于期望信号的波束扫描方法,搜索出最接近期望用户方向的模拟波束。在数字域,结合自适应算法将波束微调对准期望用户方向,并在干扰方向形成较深的"零陷"。通过理论分析和仿真,对误差收敛、信干噪比以及频谱效率等性能进行了研究。结果表明,所设计的混合波束赋形方案在不涉及信道估计、SVD分解的情况下,信干噪比和频谱效率等性能仍可以接近于纯数字波束赋形方案。     

去蜂窝大规模多输入多输出非正交多址系统中基于量子菌群优化的接入点选择方案

去蜂窝大规模多输入多输出非正交多址(MIMO-NOMA)系统的接入点(AP)选择,对有效降低系统的回程链路开销、提高用户的下行可达速率影响较大。该文针对AP选择的去蜂窝大规模MIMO-NOMA系统下行链路建立了用户平均速率的表达式;在此基础上,提出了基于量子菌群优化(QBFO)的AP选择方案,将AP与用户的连接关系以量子比特的形式编码,利用自适应量子旋转门模拟细菌趋化,实现细菌位置更新,通过对量子细菌种群进行测量,获得AP与用户的选择解集,并引入驱散操作避免算法陷入局部最优。实验结果表明,所提方案能够在降低回程链路开销的同时显著提高用户的下行平均速率,相较于基于接收功率和基于信道估计均方误差的AP选择方案,该文所提方案在降低用户间干扰、提高系统总吞吐量方面表现更优。     

5G非正交多址接入中干扰消除技术研究

针对现有正交多址技术不能满足5G海量连接的场景对更高容量的需求,对非正交多址接入技术进行研究。首先对非正交多址接入技术进行介绍,非正交多址接入技术多用户数据不正交,且占用相同的时频资源进行发送,在该项技术中,接收机的设计算法尤为重要。之后对干扰消除接收机进行了研究,研究了MMSE-SIC算法,但该算法在用户负载大时,时延较大。结合并行干扰消除技术的优点提出了准并行干扰消除算法,该算法相较于MMSE-SIC时延减小近50%,但性能下降较大。针对高负载场景提出改进干扰消除算法,在保证性能下降不大时,缩短了高负载情况下系统时延。     

针对动态用户的上行非正交多址接入技术

为了增强非正交多址接入技术(NOMA, non-orthogonal multiple access)应用场景的广泛性，本文给出了一个针对动态用户的上行NOMA系统。在传统的NOMA系统中，基站将用户到基站间的具体距离反馈给用户。由于在本文的场景中用户是动态分布的，基站实时地反馈具体距离势必会使系统开销过大。为了减少系统开销，本文假定基站只向用户反馈距离的统计特性，用户在之后的信息传输中根据距离的统计特性确定发射功率。理论分析了动态用户的中断性能并推导出了中断概率的表达式。仿真验证了理论推导的正确性，表明了当用户的分布区域内外边界值相差不大时，利用距离的统计特性和利用具体距离确定发射功率可以获得几乎相同的中断性能。      

MISO系统下行波束赋形及仿真

研究了基于TD-SCDMA系统的下行波束赋形,利用最大信干噪比准则计算出天线的加权系数,在发送端进行赋形,并做了仿真,结果表明下行波束赋形能明显降低接收端误码率,进而降低了基站发射功率。     

基于上行非正交多址接入技术的星空地融合网络性能分析

针对光电混合的星空地融合网络上行链路,该文研究了多天线波束成形技术和上行非正交多址接入(NOMA)技术相结合的系统遍历和速率性能。首先,在无人机采用多天线和上行NOMA技术条件下,为实现系统和速率最大化,提出了一种基于统计信道状态信息的波束成形方案。接着,假设卫星-无人机链路采用自由空间光链路且服从伽马-伽马衰落,无人机-地面用户链路采用射频链路且服从相关瑞利衰落,推导了系统和速率的闭合表达式。最后,通过数值仿真验证了理论分析的正确性。仿真结果表明,与正交多址接入(OMA)方案相比,所提方案提高了系统性能,并且与基准波束成形(BF)方案相比,所提方案具有更好的性能优势。     

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。     

面向后5G的非正交多址技术综述

在后5G时代,作为一种候选方案,非正交多址技术(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)正在被5G的演进技术标准讨论,该技术可以满足大规模连接和高吞吐量的要求。阐述了NOMA技术的基本原理、技术提案、性能仿真和潜在的研究方向。首先概述了NOMA技术的发展和原理,比较了NOMA相比于正交多址技术(Orthogonal MultipleAccess,OMA)的优势;根据NOMA技术在资源块(Resource Block,RB)上复用方式的不同,从比特级和符号级的层面讨论了NOMA技术不同的技术路线。其次着重阐述了NOMA技术的仿真实验,以多用户共享接入(Multi-User Shared Access,MUSA)和稀疏码多址接入技术(Sparse Code Multiple Access,SCMA)为例进行了性能分析。最后给出了NOMA在未来的潜在研究方向,包括与多入多出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)结合、与认知无线电结合和全双工NOMA等。