Mathematisches Modell des MIMO-NOMA-Systems

Relevanz der Studie. Moderne mobile Netzwerke der nächsten Generation stellen extrem hohe Anforderungen an spektrale Effizienz, Zuverlässigkeit und Robustheit in städtischen Umgebungen mit hoher Benutzerdichte. Die MIMO-NOMA-Technologie erfordert trotz ihres nachgewiesenen Potenzials eine Überarbeitung bestehender Modelle, um den räumlichen Dynamiken der Benutzer, Polarisationsverzerrungen, Hardware-Nichtlinearitäten und Fehler bei der Schätzung der Kanalzustandsinformationen (CSI) Rechnung zu tragen. Das Fehlen umfassender Modelle, die diese Faktoren gleichzeitig berücksichtigen können, schränkt die Fähigkeit ein, Systeme in praktischen Szenarien effektiv zu optimieren. Forschungsziel. Die Studie zielt darauf ab, ein umfassendes mathematisches Modell des MIMO-NOMA-Segments zwischen dem Präcodierer und dem Summation Scheme im komplexen Basisbandbereich zu entwickeln, das die Mobilität und Orientierung der Endgeräte, Antennenpolarisation, Verstärker-Nichtlinearitäten und CSI-Fehler berücksichtigt, um Präcodierungs- und sukzessive Interferenzunterdrückungs-(SIC)-Algorithmen zu analysieren und zu optimieren. Forschungsmethoden. Die Modellierung umfasst: stochastische Prozesse (einschließlich des Ornstein–Uhlenbeck-Modells und sozialer Kraftmodelle) zur Beschreibung der Mobilität der Benutzer; analytische Geometrie zur Darstellung der räumlichen Orientierung von Antennen; Methoden der elektromagnetischen Ausbreitungstheorie zur Modellierung von Kreuzpolarisationseffekten; und Saleh- und Volterra-Modelle zur Beschreibung der Nichtlinearitäten von Leistungsverstärkern im FR1- und FR2-Frequenzbereich. Forschungsergebnisse. Ein Vektorsignalmodell wurde abgeleitet, das die Effekte der Endgeräteorientierung, Interferenzen, Polarisation und nichtlineare Verzerrungen sowie CSI-Fehler berücksichtigt. Analytische Ausdrücke wurden zur Bewertung von SINR, SER, Durchsatz und Energieeffizienz unter Berücksichtigung aller Verzerrungen gewonnen. Eine vergleichende Analyse des vorgeschlagenen Modells mit bestehenden Normen (3GPP, ITU-R) und akademischen Ansätzen (DL-basiert, IRS-unterstützt) zeigte dessen Überlegenheit in Bezug auf Realismus und analytische Vollständigkeit. Wissenschaftliche Neuheit. Zum ersten Mal wird ein mathematisches Modell des MIMO-NOMA-Systems vorgeschlagen, das gleichzeitig die Dynamik der Endgeräte, duale Polarisation, Nichtlinearitäten mit Gedächtniseffekten und Mehrwege-Szenarien berücksichtigt und eine analytische Beschreibung innerhalb eines einheitlichen Parameterraums bietet. Theoretische und praktische Bedeutung. Das Modell verfeinert die Beschreibung des MIMO-NOMA-Kanals und unterstützt die Optimierung von Präcodierern, Summationsschemata im komplexen Basisbandbereich und SIC-Algorithmen in mobilen Netzwerken der nächsten Generation, insbesondere unter Bedingungen hoher Mobilität und dichter städtischer Umgebungen.