一种用于低延迟下行链路中基于NOMA（非正交多址接入）的车辆编队V2X（车对一切）系统的最优资源分配快速算法

《IEEE Open Journal of the Communications Society》：Fast Algorithm for Optimal Resource Allocation in a Low-Latency Downlink NOMA-Enabled Vehicle Platoon-Based V2X System

　　

摘要：

车对一切（V2X）通信实现了车辆、路边单元以及更广泛网络之间的安全与控制信息及时交换，因此在现实条件下实现稳定、高密度的车队行驶至关重要。在这项研究中，我们研究了基于非正交多址接入（NOMA）技术的车队下行链路资源分配问题，同时考虑了实际的移动性和感知误差。与以速率或吞吐量为中心的方法不同，我们将延迟作为主要目标，并在满足每个用户的服务质量（QoS）约束以及全局和每个车队的功率预算的前提下对其进行优化。主要贡献包括：(i) 明确考虑了动态车辆速度和不完美的信道状态信息（CSI）模型，使资源分配能够适应由移动性引起的信道波动和估计的延迟；(ii) 提出了一种延迟最小化公式，将每个车队的最小速率和功率限制与双层功率约束结合起来，以反映实际的基础设施和车队限制；(iii) 采用了一种分析性的凸优化方法，证明了最优性并实现了可预测的实时操作；(iv) 基于Karush–Kuhn–Tucker（KKT）条件推导出了车队内部的功率分配公式，这些公式涉及Lambert W函数，从而为每个车辆提供了可解释的规则，并为准入控制提供了明确的最小车队功率表达式。数值结果表明，与其他最近的基准方案相比，所提出的NOMA方案在延迟方面有显著改进，同时各个NOMA用户的速率也轻松超过了最低阈值。此外，随着用户和车队数量的增加，平均延迟仅略有增长，提高最小速率目标可以进一步降低延迟。所提出的基于二分法的算法收敛速度很快（通常在大约10次迭代后误差低于10^-6），并且减少了浮点运算量...

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