基于雙用戶NOMA系統(tǒng)下行鏈路性能的分析

王輝

蘇州大學電子信息學院 江蘇 蘇州 215006

1 系統(tǒng)模型

NOMA的基本原理是在發(fā)送端先對各個用戶信號獨立進行調(diào)制，在對各個用戶信號分配不同的功率后進行線性疊加，疊加后的信號還是采用正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術(shù)來進行傳輸；接收端通過干擾消除檢測接收機完成用戶信號的接收[1]。

圖1 OFDMA系統(tǒng)流程圖

圖2 NOMA系統(tǒng)流程圖

在發(fā)送端，功率分配采用固定功率分配（fixed power allocation，F(xiàn)PA）的方式，遠端用戶分配較大的功率，近端用戶分配較小的功率。疊加信號可表示為

(1)式中的nx和np表示各用戶n的信號和所分配的功率，{1,2}n=；而x則表示生成的疊加NOMA信號；這里不考慮個用戶之間的相對相位偏移。

在接收端，用戶n接收的信號為

采用OFDMA時，假設信道帶寬為1Hz。由于OMA正交用戶多路復用，假設用戶1的頻帶寬度為α(0＜α＜1) Hz ，用戶2的頻帶寬度為1-αHz。用戶1和用戶2可達到的數(shù)據(jù)速率分別為

采用NOMA時，假設信道帶寬同樣為1Hz，用戶1和用戶2可達到的數(shù)據(jù)速率分別為

表1 OFDMA系統(tǒng)和NOMA系統(tǒng)用戶傳輸速率

由表1中的結(jié)果可知，在同一信噪比的情況下，相比于OFDMA系統(tǒng)，在NOMA系統(tǒng)中用戶1和用戶2的傳輸速率分別提升了32%和48%。因此，可以得出結(jié)論，相對于OFDMA技術(shù)，NOMA技術(shù)可以使系統(tǒng)性能得到提升[2]。

2 NOMA與OFDMA的對比

表2 仿真參數(shù)的設置

子載波數(shù)：N 52使用子載波序號：subcarrierIndex[-26:-1 1:26]循環(huán)前綴的點數(shù)：Ng= NFFT/4 16調(diào)制方?式BPSK/16QAM NOMA符號數(shù)：nNOMA_symbol 400傳輸bit數(shù)NFFT× nNOMA_symbol×4信道瑞利信道

假設子載波數(shù)N和FFT大小都設為4，即傳輸4個信號，分別為X k,k=0,1,2,3，在16QAM調(diào)制給定的星座圖中，Xk是復數(shù)。

經(jīng)過離散傅里葉變換逆（IDFT）x[n],n=0,1,2,3。NOMA信號如下式表示：

兩用戶模型的接收端檢測過程：

2.1 小區(qū)近端用戶1的檢測

經(jīng)過信道傳輸后，用戶1的接收信號表達式為：

SIC接收機在對接收信號進行檢測時，先對2x進行檢測，將1x看作噪聲信號，得到2x的估計信號2x，在將2x從疊加信號中減掉。然后對1x進行檢測，得到估計信號1x。用戶1的檢測算法過程如下：

2.1.1 對1y進行線性檢測，疊加的估計信號表達式可表示為：

2.1.3 先對2x進行解調(diào)之后進行硬判決。對經(jīng)過譯碼的信號進行重構(gòu)得到調(diào)制符號2x，將2x從疊加信號中減去，得到1x的估計信號，即

對1x進行16QAM解調(diào)得到用戶1的信號

圖3 NOMA雙用戶和OFDMA雙用戶的誤碼率對比

在不考慮兩用戶遠近距離的情況下，雖然NOMA相比于OFDMA在傳輸速率方面有了提升，但是NOMA在發(fā)送端主動引入了干擾信息，所以在接收端NOMA系統(tǒng)的誤碼率要高于OFDMA系統(tǒng)。