Joint User Clustering and Beamforming in Non-Orthogonal Multiple Access Networks

Abstract

최근, 전 세계적으로 인터넷의 사용량이 늘어나면서 셀룰러 네트워크에서의 데이터 전송 속도는 매우 중요해졌다. 이러한 데이터의 전송 속도에 대한 결핍을 극복하고 공간 재사용률을 높이기 위해 기존보다 더 많은 사용자를 수용할 수 있는 비직교 다중 접속 기술(NOMA: Non-Orthogonal Multiple Access)이 주목되고 있다. 전통적으로 하나의 시간 혹은 주파수 영역에 데이터가 할당되었으나, NOMA 에서는 파워 영역을 사용할 수 있다. NOMA 에서 사용자의 클러스터가 어떤식으로 구성되어있는지에 따라 전체 처리율과 공정성이 크게 영향을 받고, 이러한 연유로 사용자를 어떻게 짝짓는가는 가장 중요한 문제이다. NOMA 뿐만 아니라 빔포밍 기술 또한 특정 사용자나 그룹에 신호 대 잡음비를 집중함으로써 공간 재사용률을 높일 수 있다. 하지만 이러한 두 기술을 같이 사용하여 보다 높은 성능을 내는 것은 매우 복잡한 문제이며 신중한 접근을 요한다.

이 논문에서는 유틸리티를 최대화하기 위한 사용자 클러스터링과 빔포밍을 결합한 문제를 소개한다. 우리의 문제를 해결하기 위해서 유틸리티에 크게 영향을 끼치는 요소들을 분석하고, 분석한 요소들을 통해 휴리스틱 알고리즘을 제안한다. 해당 알고리즘은 NOMA 및 빔포밍에 기인한 간섭을 효과적으로 감소시키며, 전력 신호를 증가시킨다.; Recently, as the Internet usage increases, the transmission rate in the cellular network has became critical. To overcome the lack of higher data rate and to increase spatial reuse, NOMA (Non-orthogonal Multiple Access) technology that can handle more users and signals attracts attentions. Traditionally, data is delivered either in frequency or time domain, whereas NOMA leverages power domain. In NOMA, because how user clusters are organized determines the total throughput and fairness largely, pairing the users for the cluster is the main challenge. Besides NOMA, beamforming can increase the spectral efficiency by focusing on SNR of the specific user or group. However, combining beamforming with NOMA to achieve higher performance is highly complex problem and requires careful approaches.

In this paper, we introduce joint user clustering and beamforming scheme to maximize the utility in NOMA with beamforming. For solving our problem, several features that highly effect the utility are analyzed, and with those features the heuristic algorithm is suggested. This solution can reduce the beamforming and NOMA interference effectively, and increase the signal power.