[论文解读] Outage Analysis of Cooperative NOMA Using Maximum Ratio Combining at Intersections

Baha Eddine Youcef Belmekki, Abdelkrim Hamza+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 4, 2019

Advanced Wireless Communication Technologies参考文献 35被引用 14

一句话总结

该论文提出了一种在交叉路口处用于车辆通信的协作非正交多址接入（NOMA）方案，结合最大比合并（MRC），并利用随机几何模型对同频干扰进行建模。论文推导了中断概率的闭式表达式，结果表明，MRC-NOMA在干扰增加的交叉路口附近显著优于经典协作NOMA和MRC-OMA。

ABSTRACT

The paper investigates the improvement of using maximum ratio combining (MRC) in cooperative vehicular communications (VCs) transmission schemes considering non-orthogonal multiple access scheme (NOMA) at intersections. The transmission occurs between a source and two destination nodes with a help of a relay. The transmission is subject to interference originated from vehicles that are located on the roads. Closed form outage probability expressions are obtained. We compare the performance of MRC cooperative NOMA with a classical cooperative NOMA, and show that implementing MRC in cooperative NOMA transmission offers a significant improvement over the classical cooperative NOMA in terms of outage probability. We also compare the performance of MRC cooperative NOMA with MRC cooperative orthogonal multiple access (OMA), and we show that NOMA has a better performance than OMA. Finally, we show that the outage probability increases when the nodes come closer to the intersection, and that using MRC considering NOMA improves the performance in this context. The analysis is verified with Monte Carlo simulations.

研究动机与目标

• 分析同频干扰对交叉路口处车辆网络中协作NOMA的影响。
• 评估在协作NOMA传输方案中使用最大比合并（MRC）所带来的性能增益。
• 从中断概率角度，对比MRC-NOMA与经典协作NOMA及MRC-OMA的性能。
• 研究节点靠近交叉路口对系统可靠性及MRC-NOMA有效性的影响。
• 通过蒙特卡洛仿真验证理论分析结果。

提出的方法

• 使用一维齐次泊松点过程（1D-HPPP）对两条垂直道路上车辆引起的干扰进行建模。
• 应用随机几何方法，推导每个接收机处来自两条道路的总干扰的拉普拉斯变换。
• 通过分析中继和目的节点处的信干噪比（SINR），推导出MRC-NOMA下中断概率的闭式表达式。
• 利用Poisson点过程的概率生成泛函（PGFL）计算干扰分布及干扰功率的拉普拉斯变换。
• 考虑瑞利-m衰落（Nakagami-m）信道增益，并在NOMA中采用不同功率分配因子的功率域复用。
• 通过不同节点到交叉路口距离下的蒙特卡洛仿真验证理论结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 在交叉路口场景下，与经典协作NOMA相比，MRC-NOMA在中断概率方面有何影响？
• RQ2 在相同干扰和路径损耗条件下，MRC-NOMA相较于MRC-OMA在中断概率方面有何性能增益？
• RQ3 当源节点和中继节点靠近交叉路口时，中断概率如何变化？
• RQ4 在来自两条道路的同频干扰下，车辆网络中MRC-NOMA的中断概率的解析表达式是什么？
• RQ5 当与仿真结果对比时，推导出的闭式中断概率表达式的准确性如何？

主要发现

• 与经典协作NOMA相比，MRC-NOMA在高干扰区域（如交叉路口附近）显著降低了中断概率。
• 当节点靠近交叉路口时，由于同频干扰增加，中断概率上升，但MRC-NOMA能有效缓解这种性能劣化。
• 在中断概率方面，MRC-NOMA优于MRC-OMA，证实了NOMA在车辆网络中具有频谱效率优势。
• 通过干扰的拉普拉斯变换推导出闭式中断概率表达式，并通过蒙特卡洛仿真验证，结果具有高精度。
• 推导的表达式依赖于路径损耗、节点到交叉路口的距离以及功率分配因子，且显式依赖于两个阈值参数的最大值。
• 当α=2时，每条道路的干扰拉普拉斯变换以闭式表达为exp(−pλX sπ / √(my² + s))，从而实现可处理的中断分析。