基于单源最优路径的NOMA中继选择与协作传输

doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2022.01.36

系统工程与电子技术 ›› 2022, Vol. 44 ›› Issue (1): 292-298.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2022.01.36

基于单源最优路径的NOMA中继选择与协作传输

陆音^1,^2,^3,*, 汪高瑜³, 杨楚瀛³, 杨凌青³, 赵坤³, 朱洪波³

1. 南京邮电大学物联网学院, 江苏南京 210003
2. 南京邮电大学宽带无线通信与传感网技术教育部重点实验室, 江苏南京 210003
3. 南京邮电大学江苏省无线通信重点实验室, 江苏南京 210003

收稿日期:2020-07-22 出版日期:2022-01-01 发布日期:2022-01-19
通讯作者: 陆音
作者简介:陆音(1970—)，男，研究员，博士，主要研究方向为无线通信、物联网技术与应用|汪高瑜(1996—)，男，硕士研究生，主要研究方向为无线通信|杨楚瀛(2000—)，男，本科生，主要研究方向为物联网技术与应用|杨凌青(1996—)，女，硕士研究生，主要研究方向为无线通信|赵坤(1993—)，男，硕士研究生，主要研究方向为无线通信|朱洪波(1956—)，男，教授，博士，主要研究方向为物联网与下一代网络技术
基金资助:
国家自然科学基金(61271236);国家自然科学基金(61871446);江苏省高等学校自然科学研究重大项目(17KJA510004);江苏省研究生科研与实践创新计划项目(SJCX19_0239);江苏省研究生科研与实践创新计划项目(KYCX19_0943);南京邮电大学宽带无线通信与传感网技术教育部重点实验室开放研究基金(JZNY202114)

NOMA relay selection and cooperative transmission based on single source optimal path

Yin LU^1,^2,^3,*, Gaoyu WANG³, Chuying YANG³, Lingqing YANG³, Kun ZHAO³, Hongbo ZHU³

1. College of Internet of Things, 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
3. Jiangsu Key Laboratory of Wireless Communications, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China

Received:2020-07-22 Online:2022-01-01 Published:2022-01-19
Contact: Yin LU

摘要/Abstract

摘要：

目前，在非正交多址接入(non-orthogonal multiple access，NOMA)中继通信的研究中，中继用户的选择是随机的，并没有考虑中继节点之间信道条件的差异。为了得到信道条件较好的中继用户，提出一种基于单源最优路径的中继选择策略，从基站广播信号以用户为节点，设定信道参数，寻找最佳传输通路。当信号到达目标节点后，基站从目标节点处收集所有可达通路，通过对比各通路的信道参数，选出一条最好的传输通路。基于所提中继选择策略，在非机会式NOMA系统中，提出一种新的协作传输方法，该方法在中继传输过程中剔除了多余信号以降低信号间干扰。仿真结果表明，在相同条件下，采用所提策略的协作传输方法比随机中继选择用户中断概率更低，有效降低了系统复杂度。

关键词: 非正交多址接入, 中继选择, 单源最优路径, 信道参数

Abstract:

Current non-orthogonal multiple access (NOMA) relay communication uses the random relay selection strategy without considering the differences in channel conditions between relay nodes. In order to provide relay users with better channel conditions, a new relay selection strategy based on a single source optimal path is proposed. The strategy starts with the signal broadcasting from base stations and treats users as nodes. Channel parameters are configured to find the best transmission path. After the signal reaches the target node, the base station collects all the reachable paths and performs a comparison of the channel parameters to find the best transmission path. Combining the proposed strategy with non-opportunistic NOMA, a new cooperative transmission method is obtained. This method eliminates redundant signals during relay transmission, thus the inter-signal interference is reduced. Simulation results show that the proposed method can achieve lower user outage probability and system complexity than the random relay selection strategy under the same conditions.

Key words: non-orthogonal multiple access (NOMA), relay selection, single source optimal path, channel parameter

中图分类号:

TN929.5

陆音, 汪高瑜, 杨楚瀛, 杨凌青, 赵坤, 朱洪波. 基于单源最优路径的NOMA中继选择与协作传输[J]. 系统工程与电子技术, 2022, 44(1): 292-298.

Yin LU, Gaoyu WANG, Chuying YANG, Lingqing YANG, Kun ZHAO, Hongbo ZHU. NOMA relay selection and cooperative transmission based on single source optimal path[J]. Systems Engineering and Electronics, 2022, 44(1): 292-298.

图/表 7

图1

图2

图3

表1

图4

图5

图6

参考文献 15

1	YANG L L , CHEN J Y , KUO Y , et al. Outage performance of DF-based cooperative multicast in spectrum-sharing cognitive relay networks[J]. IEEE Communications Letters, 2014, 18 (7): 1250- 1253. doi: 10.1109/LCOMM.2014.2327631
2	FANG M , LI J , WANG Z Y , et al. Performance of quantize-map-forward based cooperative multicast systems with successive relaying[J]. IEEE Communications Letters, 2016, 20 (11): 2257- 2260. doi: 10.1109/LCOMM.2016.2601090
3	UDDIN M F , ASSI C , GHRAYEB A . Joint relay assignment and power allocation for multicast cooperative networks[J]. IEEE Communications Letters, 2012, 16 (3): 368- 371. doi: 10.1109/LCOMM.2012.012412.112327
4	ZHANG Z Y , MA Z , XIAO Y F , et al. Non-orthogonal multiple access for cooperative multicast millimeter wave wireless networks[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2017, 35 (8): 1794- 1808. doi: 10.1109/JSAC.2017.2710918
5	ALI M S , TABASSUM H , HOSSAIN E . Dynamic user clustering and power allocation for uplink and downlink non-orthogonal multiple access (NOMA) systems[J]. IEEE Access, 2016, 4, 6325- 6343.
6	李美玲, 李莹. 认知协作网络中非正交多址接入技术性能研究[J]. 通信学报, 2018, 39 (9): 61- 70.
	LI M L , LI Y . Research on the NOMA performance in cognitive cooperation network[J]. Journal on Communications, 2018, 39 (9): 61- 70.
7	ZHANG Y F , YANG Z Z , FENG Y S , et al. Performance analysis of a novel uplink cooperative NOMA system with full-duplex relaying[J]. IET Communications, 2018, 12 (19): 2408- 2417. doi: 10.1049/iet-com.2018.5500
8	NAZIHA G, RHAIMI B C. Power allocation for energy-efficient downlink NOMA systems[C]//Proc. of the 19th International Conference on Sciences and Techniques of Automatic Control and Computer Engineering, 2019: 611-613.
9	DING Z , PENG M , POOR H V . Cooperative non-orthogonal multiple access in 5G systems[J]. IEEE Communications Letters, 2015, 19 (8): 1462- 1465. doi: 10.1109/LCOMM.2015.2441064
10	LV L H , CHEN J , NI Q S . Cooperative non-orthogonal multiple access in cognitive radio[J]. IEEE Communications Letters, 2016, 20 (10): 2059- 2062. doi: 10.1109/LCOMM.2016.2596763
11	KIM J B , LEE I H . Non-orthogonal multiple access in coordinated direct and relay transmission[J]. IEEE Communications Letters, 2015, 19 (11): 2037- 2040. doi: 10.1109/LCOMM.2015.2474856
12	LIU Q , LV T T , LIN Z Z . Energy-efficient transmission design in cooperative relaying systems using NOMA[J]. IEEE Communications Letters, 2018, 22 (3): 594- 597. doi: 10.1109/LCOMM.2018.2790379
13	XU M B , JI F , WEN M P , et al. Novel receiver design for the cooperative relaying system with non-orthogonal multiple access[J]. IEEE Communications Letters, 2016, 20 (8): 1679- 1682. doi: 10.1109/LCOMM.2016.2575011
14	LIU Y , DING Z , ELKASHLAN M , et al. Cooperative non- orthogonal multiple access with simultaneous wireless information and power transfer[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2016, 34 (4): 938- 953. doi: 10.1109/JSAC.2016.2549378
15	吴春林, 李慧芳, 李靖. 非正交多址接入系统中的联合中继选择和用户配对算法[J]. 电子科技, 2020, 33 (7): 37- 40, 66.
	WU C L , LI H F , LI J . Joint relay selection and user pairing algorithm in non-orthogonal multiple access system[J]. Electronic Science and Technology, 2020, 33 (7): 37- 40, 66.

参数	数值
总用户数	4
基站与中继用户门限效应阈值/dB	10
基站与次级用户门限效应阈值/dB	5
中继与次级用户门限效应阈值/dB	0
路径损耗系数	0.5

[1]	张俊, 李赛, 张书衡, 翟茹萍, 党小宇. NOMA中的SS-CPM卫星信号捕获算法[J]. 系统工程与电子技术, 2022, 44(9): 2929-2935.
[2]	陈善学, 吴生金, 谷博文. 基于时间反演的上行NOMA系统能效优化算法[J]. 系统工程与电子技术, 2022, 44(3): 1007-1013.
[3]	李兰花, 黄晓霞. MC-NOMA增强型反向散射网络中的谱能效率均衡优化[J]. 系统工程与电子技术, 2022, 44(2): 651-661.
[4]	方宇, 吕娜, 陈坤. 联合功率域SPMA协议的动态阈值算法[J]. 系统工程与电子技术, 2021, 43(8): 2332-2340.
[5]	闫珍珍, 李波, 杨懋, 闫中江. 基于遗传算法的混叠式非正交多址接入方法[J]. 系统工程与电子技术, 2021, 43(3): 832-838.
[6]	景小荣, 张思思. 毫米波大规模MIMO-NOMA系统中基于动态子连接混合结构的预编码设计[J]. 系统工程与电子技术, 2021, 43(12): 3716-3724.
[7]	邹虹, 万彬, 吴大鹏. 带有协作意愿感知的边缘协作中继机制[J]. 系统工程与电子技术, 2020, 42(5): 1173-1181.
[8]	孔槐聪, 林敏, 刘笑宇, 吴雪雯, 王金元. 基于中继选择的星地协作传输系统性能分析[J]. 系统工程与电子技术, 2020, 42(1): 198-205.
[9]	李敏, 王平山, 王凯莉. 多源多目标网络下基于包聚合的选择协作方法[J]. 系统工程与电子技术, 2019, 41(5): 1149-1155.
[10]	李小瑜, 马文平, 罗炼飞, 赵飞飞. NOMA系统在下行链路中的功率分配[J]. 系统工程与电子技术, 2018, 40(7): 1595-1599.
[11]	王恒, 魏欣羽, 李敏. 面向多源多目标协作网络的中继选择方法[J]. 系统工程与电子技术, 2017, 39(6): 1358-1365.
[12]	颜晓娟, 肖海林, 王茹, 黄国庆. 基于非正交多址技术的协作中继传输方案[J]. 系统工程与电子技术, 2017, 39(10): 2333-.
[13]	付晓梅, 姚晓明, 宗群. 合作联盟中的节点选择及功率优化方法[J]. 系统工程与电子技术, 2016, 38(5): 1176-.
[14]	肖海林, 王丽元, 闫坤, 李民政. 基于最优中继集合选择的HDAF算法[J]. 系统工程与电子技术, 2015, 37(2): 400-405.
[15]	祝开艳１，２，王洪玉１，孙文珠１. 基于网络编码和中继选择的无码率协作传输[J]. 系统工程与电子技术, 2013, 35(11): 2439-.

基于单源最优路径的NOMA中继选择与协作传输

NOMA relay selection and cooperative transmission based on single source optimal path

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 7

参考文献 15

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价