基于非正交多址接入的THz光纤系统资源分配研究.pdfVIP

摘要

随着通信接入设备爆炸式增长和虚拟/增强现实、万物互联等多种应用场景的

出现，第六代移动通信网络面临异构数据流量、海量连接、超高带宽效率和超低延

时等技术挑战。太赫兹(TeraHertz，THz)光纤系统结合光纤网络的大容量和THz通

信网络的灵活性，成为未来第六代移动通信网络(SixthGenerationMobile

CommunicationNetwork，6G)极具竞争力的一种网络架构。同时，非正交多址接入

(Non-OrthogonalMultipleAccess，NOMA)方案由于可以允许不同用户共用同一资

源块，相较于传统正交多址接入(OrthogonalMultipleAccess，OMA)方案能够实现

更高的频谱效率和更大的接入数量。本文针对THz光纤系统中大规模用户接入场

景，研究了单射频链场景和多射频链场景下NOMA系统中的分配问题。

针对单射频链场景，利用THz波束管控和多波束NOMA技术缓解了传统单波

束NOMA技术对于用户角度范围的限制，使单射频链产生多个波束指向目标用户，

提高系统并行接入用户数量。针对THz光纤系统下的NOMA最大化系统和速率的

问题，提出一种针对非凸优化问题的优化算法。具体来说，基于THz波束分裂管

控和多波束NOMA技术设计用户波束成形，由于用户传输速率具有凸差的形式，

利用连续凸逼近(SuccessiveConvexCancellation，SCA)近似原非凸目标函数，通过

迭代求解系统最优的资源分配方案。研究结果表明：所提出的方案相较于现有方案

在THz光纤系统中在同等条件下可以实现更高的系统容量，并且随着用户角度差

的变化系统性能保持稳定。

针对多射频链场景，由于最佳用户分组方案计算开销大，不适用于大规模接入

场景，而现有的用户分组方案与最佳用户分组方案性能差距大的问题，提出了一种

基于广义Benders分解(GeneralizedBendersDecomposition，GBD)的NOMA系统资

源分配方案。将原始的系统优化问题建模成一个最小化发射功率的混合整数非线

性规划问题，根据经典的GBD算法框架将原优化问题分解成包含整数变量的主问

题和连续变量的子问题，通过交替求解主问题和子问题，不断向主问题添加约束，

压缩可行域，迭代过程中持续更新上下界，最终达到收敛条件，得到最优资源分配

方案。仿真结果验证了相较于现有方案，所提的方案能够以更小的发射功率实现接

近最优的性能，且收敛速度快。

关键词：NOMA，THz光纤系统，波束成形，用户分组，资源分配

ABSTRACT

Withtheexplosivegrowthofcommunicationaccessdevicesandtheemergenceof

diverseapplicationscenariossuchasvirtual/augmentedrealityandtheinternetof

everything,thesixthgenerationmobilenetworkisfacedwithTechnicalchallengesof

heterogeneoustraffic,massiveconnections,ultra-highbandwidthefficiencyandultra-

lowlatency.TheTerahertz(THz)opticalfibersystemcombinesthehighcapacityofthe

opticalfibernetworkandtheflexibilityoftheTerahertzcommunicationnetworktogether,

whichbecomesahighlycompetitivenetworkforthefuture6Gmobilenetwork

architecture.Atthesametime,theNon-OrthogonalMultipleAccess(NOMA)solution

canallowdifferentuserstosh