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原文传递基于非正交多址接入和无线协作中继的移动边缘计算系统的优化研究

论文题名：	基于非正交多址接入和无线协作中继的移动边缘计算系统的优化研究
关键词：	移动边缘计算;协作通信;非正交多址接入;正交频分复用;智能超表面
摘要：	新一代网络技术推动下用户能够得到多种多元化服务，但大量应用同时也对用户设备造成巨大的计算压力。移动边缘计算(MobileEdgeComputing,MEC）在物联网时代中发挥着越来越重要的作用，是5G中的关键技术之一，它可以通过计算卸载来帮助用户执行计算任务，充分利用其他空闲计算资源，达到减少和传递计算压力的目的，较好地解决了用户在计算密集型应用任务中所面临的问题。非正交多址接入（Non-OrthogonalMultipleAccess,NOMA）是一种基于认知无线电技术和扩频通信技术相结合而产生的新型无线网络技术。该系统在保持较高用户容量的同时能够充分利用现有资源，降低无线传输过程中对信道质量的要求，提高了系统可靠性与可扩展性。具有广泛的应用前景。协作中继技术在无线网络中通过布置中继节点可以有效扩展通信范围改善中断性能，节约数据传输能量以改善通信性能。NOMA结合协作中继技术可以充分发挥两种技术应用于通信网络中的优点，进一步提高通信系统信息传递的有效性及可靠性。智能超表面（ReconfigurableIntelligentSurface,RIS）技术是近年提出的一种无线通信新技术，其通过调整无源元件反射信号的相移，可提高无线接收机接收信号功率，从而可有效地提高无线通信的频谱效率。本文围绕结合非正交多址接入、无线中继协作和RIS技术的移动边缘计算系统，对系统模型、协议设计、问题建模、问题求解和系统性能仿真五方面进行了深入的研究。　　第一，研究了结合非正交多址接入和无线中继协作技术的多载波非正交多址接入的协作边缘计算系统。在该系统中，为了提高该MEC系统的性能，提出了一种新的协议，该协议可充分利用多载波和NOMA技术的高频谱效率进行任务卸载。在新协议下，以最小化用户端和协作节点的能耗为目标，考虑用户端和协作节点的任务执行时延约束，建立了该MEC系统的资源分配优化问题。然后，通过利用代数变换、大M法、分层优化、连续凸逼近（SuccessiveConvexApproximation,SCA）技术和黄金分割法，对建立的优化问题进行了求解，并提出了一种高效的系统优化算法。　　第二，研究了结合非正交多址接入、无线中继协作和RIS技术的智能超表面辅助的协作边缘计算系统。在该系统中，引入了RIS技术来改善信号传输环境，并提出了一种新的协议，其中多载波和NOMA技术提供的高频谱效率在任务卸载中得到充分利用。为了在任务延迟约束下最小化用户和中继处的能量消耗，在所提出的协议下优化了MEC系统中的资源分配，包括RIS无源阵列反射系数、子载波和功率分配、卸载和计算时间分配，以及任务分区。通过采用交替优化等技术，解决了资源分配问题，并提出了一种有效的任务卸载和计算优化算法。　　最后，仿真结果表明，与已有的单一方案和其他基准方案相比，结合非正交多址接入和无线中继协作的MEC系统提出的联合卸载与计算方案能够显著降低系统能耗。而且，引入RIS技术后，可进一步改进系统的能耗性能，有效地实现了绿色低功耗通信。
作者：	罗至威
专业：	电子信息
导师：	黄高飞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广州大学
学位年度：	2023