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基于NOMA的D2D用戶和蜂窩用戶通信方案

電子技術(shù)應(yīng)用 2023年3期

朱麗媛1，王斌1，2，王文鼐1，2

（1.南京郵電大學通信與信息工程學院，江蘇南京 210003； 2.南京郵電大學寬帶無線通信與傳感網(wǎng)技術(shù)教育部重點實驗室，江蘇南京 210003）

摘要： LTE網(wǎng)絡(luò)采用非正交多址來增強網(wǎng)絡(luò)容量，采用D2D來提高頻譜效率；讓D2D用戶使用非正交多址技術(shù)共享蜂窩用戶的頻譜資源可以緩解當下頻譜資源短缺的問題，但也會在D2D用戶和蜂窩用戶之間引入干擾。提出了一種基于非正交多址技術(shù)（Non-orthogonal Multiple Access，NOMA）的D2D用戶和蜂窩用戶的共享研究方案，對于蜂窩用戶和D2D用戶之間的干擾采用SIC技術(shù)消除。該方案不僅通過調(diào)整用戶的傳輸功率來優(yōu)化系統(tǒng)的吞吐量，而且提高了邊緣用戶的性能。仿真結(jié)果表明，基于NOMA的D2D用戶和蜂窩用戶之間的通信方案在性能上優(yōu)于傳統(tǒng)的蜂窩資源分配方案和干擾控制方案。

關(guān)鍵詞： 蜂窩 D2D NOMA 頻譜復用

中圖分類號：TN929.5 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223610
中文引用格式： 朱麗媛，王斌，王文鼐. 基于NOMA的D2D用戶和蜂窩用戶通信方案[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(3)：95-99.
英文引用格式： Zhu Liyuan，Wang Bin，Wang Wennai. D2D user and cellular user communication scheme based on NOMA[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(3)：95-99.

D2D user and cellular user communication scheme based on NOMA

Zhu Liyuan1，Wang Bin1，2，Wang Wennai1，2

(1.College of Telecommunications＆ Information Engineering，Nanjing University of Posts and Telecommunications， Nanjing 210003，China；2.Key Lab of Broadband Wireless Communication and Sensor Network Technology，Ministry of Education，Nanjing University of Posts and Telecommunications，Nanjing 210003，China)

Abstract： LTE network adopts non orthogonal multiple access to enhance network capacity and D2D to improve spectral efficiency. Allowing D2D users to share the spectrum resources of cellular users using non orthogonal multiple access technology can alleviate the current shortage of spectrum resources, but it will also introduce interference between D2D users and cellular users. This paper proposes a research scheme for the sharing between D2D users and cellular users based on non orthogonal multiple access (NOMA) technology. SIC technology is used to eliminate the interference between cellular users and D2D users. This scheme not only optimizes the system throughput by adjusting the transmission power of users, but also improves the performance of edge users. The simulation results show that the communication scheme between D2D users and cellular users based on NOMA is superior to the traditional cellular resource allocation scheme and interference control scheme in performance.

Key words : cellular；device to device （D2D）；non-orthogonal multiple access （NOMA）；spectrum reuse

0　引言

D2D是直接在用戶設(shè)備（UE）之間進行通信的技術(shù)[1]，非正交多址接入(NOMA)是指通過發(fā)射端功率域?qū)崿F(xiàn)多用戶復用以及使用接收端連續(xù)干擾消除（SIC）區(qū)分疊加用戶信號。在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中引入D2D通信能有效增強系統(tǒng)容量，引入NOMA技術(shù)可以使用戶在功率域上進行多路復用，從而實現(xiàn)多個用戶重用同一資源同時傳輸信號，有效提高頻譜效率[2]。對于D2D和蜂窩用戶之間的干擾可以通過連續(xù)干擾消除（SIC）消除并解碼用戶信號。

目前有大量針對D2D或者針對NOMA技術(shù)的研究，對于D2D和NOMA技術(shù)結(jié)合的文章還比較少。文獻[3]提出了D2D用戶可以在4種頻譜共享模式下運行，考慮了蜂窩用戶和DUE解碼閾值約束下的用戶配對、模式選擇和功率控制，可以最大化系統(tǒng)的連通性。文獻[4]提出了一種改進的比例公平干擾控制方案，該方案通過調(diào)整用戶的發(fā)射端功率來優(yōu)化系統(tǒng)的吞吐量，改善了系統(tǒng)整體的公平性[4]，但該方案沒有考慮與NOMA技術(shù)相結(jié)合來提高頻譜資源的利用率。文獻[5]提出了一種基于NOMA實現(xiàn)蜂窩用戶全雙工協(xié)作協(xié)議的D2D通信方案，該方案考慮D2D發(fā)射端中繼NOMA遠程用戶的信號并同時傳輸D2D用戶的信號，在完全和不完全干擾消除的假設(shè)下，理論上研究了該方案的遍歷容量、中斷概率和多樣性順序。但該方案著重于比較全雙工協(xié)作NOMA的性能增益和D2D-NOMA的容量，未能兼顧NOMA用戶的公平性。文獻[6]提出了一種基于隊列的D2D信道分配方案，其中D2D對以最大閾值時間排在隊列中，使用具有先入先出（FIFO）原理的TDMA方案將信道分配給D2D對，利用基于NOMA的功率分配和基于TDMA的時隙共享，共享具有D2D對的移動用戶的上行鏈路資源。但該方案只考慮了一個D2D對和蜂窩用戶的非正交資源共享。

為了解決上述問題，本文的主要貢獻如下：

（1）提出一種基于NOMA的D2D用戶和蜂窩用戶共享研究方案。該方案將兩對D2D對和一個蜂窩用戶分為一個NOMA組，并且非正交復用一個資源塊。在保證蜂窩用戶和D2D用戶QOS的前提下，對于NOMA組中的兩對D2D用戶選擇最佳的蜂窩用戶來復用頻譜資源，并為每一組NOMA用戶選擇最優(yōu)信道進行分配，增加了邊緣蜂窩用戶獲取資源塊的機會，提升了系統(tǒng)整體吞吐量。

（2）對該方案性能展開仿真分析，仿真結(jié)果表明：與傳統(tǒng)方案比較，本方案在系統(tǒng)平均吞吐量、D2D用戶接入率以及蜂窩系統(tǒng)邊緣用戶吞吐量的方面有顯著提升。

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作者信息：

朱麗媛1，王斌1，2，王文鼐1，2

（1.南京郵電大學通信與信息工程學院，江蘇南京 210003；

2.南京郵電大學寬帶無線通信與傳感網(wǎng)技術(shù)教育部重點實驗室，江蘇南京 210003）

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