基于NOMA技術的D2D通信中聯合子信道與功率分配的方案

發布日期：2023-12-18

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中圖分類號：TN929.5
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.234062
引用格式：顧蔡晨，王斌，黃純華，等. 基于NOMA的雙向中繼D2D通信容量擴展[J]. 電子技術應用，2023，49(11)：83-87.

Capacity scaling for two-way relay-assisted D2D communication based on NOMA

Gu Caichen1，Wang Bin1，2，Huang Chunhua1，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： A two-way relay-assisted device to device (D2D) communication system using non-orthogonal multiple access (NOMA) is proposed to solve the capacity scaling for D2D communication system. Firstly, the signal to interference noise ratio (SINR) of each signal is analyzed, and according to the cumulative distribution function (CDF) and probability density function (PDF) of each signal, the solution form of the ergodic sum capacity of the system is obtained. In addition, the ergodic sum capacity of orthogonal multiple access (OMA) system is analyzed and compared with NOMA system. Simulation results show that compared with OMA system, the achievable capacity of the system can be improved when NOMA is used, and the two-way relay scheme can make the system obtain higher capacity than the traditional one-way relay scheme.

Key words : device to device （D2D）；non-orthogonal multiple access （NOMA）；two-way relay；ergodic sum capacity

【引言】

在當前時代，全球移動寬帶用戶數目正在急劇增長，而移動數據需求也在以指數方式增加。這種趨勢對網絡能耗和成本產生了巨大壓力。為了應對這些挑戰，許多技術已經被提出，旨在擴展通信容量、提升系統吞吐量和節省網絡能耗。其中，D2D通信作為5G的關鍵技術之一，已經引起了廣泛的關注。

NOMA也是一種具有巨大潛力的5G技術，目前正進行大量的研究。有文獻提出了一種基于匹配度的用戶配對方法進行最佳功率分配，這種方法提高了基于NOMA的下行多輸入多輸出(MIMO)通信系統的容納量。另一篇文獻提出了一種在基于NOMA技術的D2D通信中聯合子信道與功率分配的方案。還有文獻使用順序凸規劃獲得了基于NOMA的D2D組的最優功率分配，以及一個子載波分配算法為D2D用戶分配上行鏈路和下行鏈路資源。

然而，上述文獻都未考慮中繼技術。中繼技術可以將一個質量較差的鏈路替換為兩個或多個質量較好的鏈路，從而獲得更高的鏈路容量和更好的覆蓋。有文獻提出了一個中繼輔助系統，提升了D2D鏈路的能量效率。還有文獻提出了一個聯合模式選擇、中繼選擇和資源分配優化的中繼輔助D2D通信系統，提升了系統吞吐量。

通過將NOMA和中繼結合，可以顯著提高D2D系統的性能。有文獻研究了一個聯合NOMA和D2D的協作中繼系統，通過研究系統的遍歷總容量來分析系統的性能。還有文獻提出一種基于信噪比的功率分配策略，使NOMA輔助的協作中繼系統獲得更大的容量擴展。此外，還有文獻提出了一種基于NOMA的兩跳D2D通信復用蜂窩用戶方案，分析了系統的遍歷總容量，并對比了采用OMA的傳統兩跳D2D通信系統的遍歷總容量。

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