5G 及以后蜂窝网络中协作 NOMA 用户配对与功率控制联合的低复杂度框架
信号处理
2020-02-17 v1 信息论
math.IT
摘要
本文研究了蜂窝下行系统中协作非正交多址接入（C-NOMA）的性能。系统模型由一个基站（BS）服务多个用户组成，其中具有良好信道质量的用户可通过半双工（HD）或全双工（FD）设备到设备（D2D）通信辅助 BS 与信道质量较差用户间的传输。我们制定并求解了一个新颖的优化问题，联合确定最优 D2D 用户配对与最优功率控制方案，其目标是在保证所有用户一定服务质量（QoS）的同时最大化系统可达和速率。该公式化问题是一个混合整数非线性规划（MINLP），通常为 NP-hard。为克服此问题，我们将原问题重构为一个双层优化问题，可分解为两个独立求解的子问题。外层问题是线性分配问题，可由著名的匈牙利算法高效处理。内层问题仍是非凸优化问题，寻求最优解具挑战性。然而，我们推导了 HD 与 FD 方案的最优功率控制策略的闭式表达式，使得内层问题对任意可能配对配置的计算复杂度为多项式。这些发现最终及时求解了原 MINLP，使其适用于实时与低延迟应用。仿真结果表明，所提框架优于文献中多种已有方案，且能在可忽略计算时间内为含 100 用户的网络获得最优配对与功率控制策略。
引用
@article{arxiv.2002.06120,
title = {A Low-Complexity Framework for Joint User Pairing and Power Control for Cooperative NOMA in 5G and Beyond Cellular Networks},
author = {Phuc Dinh and Mohamed Amine Arfaoui and Sanaa Sharafeddine and Chadi Assi and Ali Ghrayeb},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.06120},
year = {2020}
}