NOMA 中的子载波与功率联合分配：最优与近似算法

非正交多址接入（NOMA）是一项有前景的技术，可提高 5G 及未来无线网络的频谱效率并实现海量连接。与 OFDMA 等正交方案不同，NOMA 在同一频率和时间资源上复用多个用户。NOMA 中的子载波与功率联合分配问题（JSPA）一般而言是 NP 难的。在这类问题中，我们考虑加权和速率（WSR）目标函数，因为它能在和速率性能与用户公平性之间实现多种权衡。由于 JSPA 的难处理性，文献中一种常见方法是分别求解功率控制和子载波分配（也称为用户选择）问题，从而获得次优结果。在本工作中，我们首先改进了现有单载波功率控制和用户选择方案的计算复杂度。这些改进的过程随后被用作基本构建模块来设计新算法，即 Opt-JSPA、$\varepsilon$-JSPA 和 Grad-JSPA。Opt-JSPA 以低于当前文献中最优方案的复杂度计算最优解。它可在仿真中作为最优 WSR 性能的基准。然而，其伪多项式时间复杂度对于具有低时延要求的实际系统仍不实用。为进一步降低复杂度，我们提出了一种称为 $\varepsilon$-JSPA 的全多项式时间近似方案。由于文献中尚未研究任何近似方法，$\varepsilon$-JSPA 的突出之处在于允许在性能保证与复杂度之间控制紧密的权衡。最后，Grad-JSPA 是一种基于梯度下降的启发式算法。数值结果表明，它以远低于现有最优方法的复杂度实现了近最优 WSR。