摘要
随着物联网和车联网等无线业务的发展，海量设备接入导致频谱资源稀缺的问题日益显著。非正交多址接入(Non-orthogonalMultipleAccess，NOMA)技术通过叠加编码的方式使多个用户在同一资源块上进行传输，从而有效的提升系统频谱效率。同时为了进一步提高NOMA系统的可靠性和覆盖范围，引入了协作通信技术，利用现有的天线设备形成虚拟的天线阵列来获得额外的空间分集增益，由此提升了NOMA系统的性能。而传统的基于半双工(HalfDuplex，HD)协作NOMA系统不能并行的实现信号的收发，由此会损失一半的频谱效率。引入全双中(FullDuplex，FD)中继虽然可以有效的改善频效的损失，但需要采用复杂的技术和高昂的设备成本来解决自干扰问题。基于此，连续中继(SuccessiveRelaying，SR)技术作为有效的解决方案来恢复HD中继损失的频谱效率。针对上述分析，本文基于SR技术设计了两种不同通信场景下的传输策略来提高系统的频谱效率，其主要内容和贡献如下: 1.针对传统HD协作NOMA系统中的频效损失，在多中继的下行传输场景，提出了一个基于SR的三阶段协同直接和中继传输策略(Three-phaseCoordinatedDirectandRelayTransmission，3-CDRT)。在3-CDRT策略中，近用户由基站直接提供服务，而远用户需要调度一个中继协助接收来自基站的信号。由于被调度的中继在转发信号时会对其他中继造成干扰，为此设计了一个中继调度方案来解决中继间的干扰问题。为衡量3-CDRT策略下系统的性能，首先分析了该策略下每个传输时隙内各用户接收信号的表达式、解码信号的信噪比以及对应的瞬时可达速率。然后推导出了近用户、远用户以及系统遍历容量的闭合表达式来衡量系统性能的优劣，并以此从理论上分析出对应用户和系统在高信噪比下的近似遍历容量。最后通过仿真分析验证上述理论推导的准确性。同时为了论证所提策略的优越性，引入了2-CDRT策略和3-CDRT-OMA策略作为对比。 2.考虑到在实际通信系统中包含大量需要被服务的用户以及空闲的用户，调度空闲用户充当中继可实现以低廉的成本挖掘系统的潜在性能。基于此，为进一步提高系统的频谱效率且降低系统成本，提出了一个基于多用户的多阶段协同直接和用户辅助传输策略(Multi-phaseCoordinatedDirectandUser-assistedTransmission，MP-CDUAT)，且设计了一个适配于多阶段传输的用户调度方案，采用该方案不仅可以解决中继间干扰的问题，还可以进一步提高系统容量。相比于3-CDRT策略，在MP-CDUAT策略中将传输时隙动态的扩展为L，具体而言，在第一时隙仅由基站机会性的服务于一个近用户，而对于其他时隙，均需要从相应的用户集合中依次调度两个近用户，其中一个由基站直接提供服务，另外一个作为中继协助远用户信号的传输。相似地为评估MP-CDUAT策略的性能，推导出了各用户以及系统遍历容量的闭合表达式，以及高信噪比下的近似表达式。另外引入了NOMA-CDUT策略和MP-CDUAT-OMA策略作为对比方案，通过仿真分析论证了上述理论推导的正确性，以及MP-CDUAT策略显著的性能增益。
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