面向緩存網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容分發(fā)的非正交傳輸策略研究

楊龍，李函洋，任萌萌，賀冰濤，周雨晨，陳健

（西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院，陜西 西安 710071）

0 引言

無線緩存作為未來無線網(wǎng)絡(luò)中的一項重要技術(shù)[1]，通過將本地緩存的思路引入傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)中，用戶請求概率高的熱點內(nèi)容被預(yù)先緩存到近用戶端的輔助緩存設(shè)備或用戶設(shè)備自身的本地緩存中，在內(nèi)容分發(fā)階段用戶可以通過附近的輔助緩存設(shè)備以及相鄰用戶設(shè)備間的協(xié)作通信獲取服務(wù)，避免過多地通過回程鏈路與核心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，緩解了核心網(wǎng)絡(luò)的壓力，同時減輕了移動通信流量[2-4]。盡管如此，由于內(nèi)容分發(fā)依賴于無線接入網(wǎng)，而現(xiàn)有移動通信無線接入網(wǎng)均采用正交多址接入（OMA,orthogonal multiple access），必須通過資源調(diào)度保持用戶間資源的時域、頻域、碼域正交性，難以同時服務(wù)大量用戶，進(jìn)而不可避免地產(chǎn)生物理層傳輸時延。因此，如何優(yōu)化物理層傳輸策略，是提升無線緩存內(nèi)容分發(fā)性能的關(guān)鍵。

作為未來無線網(wǎng)絡(luò)中的另一項關(guān)鍵技術(shù)，非正交多址接入（NOMA,non-orthogonal multiple access）利用功率域多址思想，通過發(fā)送端重疊編碼和接收端串行干擾消除（CIC,cache-enabled interference cancellation），將不同功率的多信息流疊加傳輸[5-7]。與傳統(tǒng)OMA 技術(shù)相比，NOMA 技術(shù)可在提升頻譜效率的同時，支撐更多的用戶連接。根據(jù)上述原理，若將NOMA 技術(shù)引入緩存內(nèi)容分發(fā)，可在相同時頻資源上同時向多用戶分發(fā)內(nèi)容，從而顯著降低內(nèi)容分發(fā)的物理層傳輸時延。

目前，已有部分研究工作探索了NOMA 技術(shù)在緩存內(nèi)容分發(fā)方面的應(yīng)用，具體可分為以下兩類。

1) 無基礎(chǔ)設(shè)施下NOMA 緩存內(nèi)容分發(fā)。在NOMA 疊加內(nèi)容分發(fā)時，用戶利用本地預(yù)先緩存的部分內(nèi)容進(jìn)行緩存干擾消除（SIC,successive interference cancellation），消除疊加信息中的已緩存部分，從而降低多用戶信息流間干擾及信息解析復(fù)雜度[8-9]。文獻(xiàn)[8]假設(shè)用戶已經(jīng)預(yù)先在內(nèi)容緩存階段緩存了部分內(nèi)容，重點分析了在4 種緩存狀態(tài)下內(nèi)容分發(fā)階段的NOMA 傳輸方案。文獻(xiàn)[9]考慮了具體的車聯(lián)網(wǎng)場景，提出了一種使用NOMA 緩存滿足車聯(lián)網(wǎng)中頻譜效率需求的方案，同時考慮了完整內(nèi)容緩存與文件分割緩存場景。另一方面，用戶也可利用本地預(yù)先緩存內(nèi)容通過終端直通（D2D,device-to-device）互相協(xié)助[10-11]。文獻(xiàn)[10]考慮了一個兩用戶NOMA 系統(tǒng)，NOMA 能夠令每個用戶在其他用戶的上行鏈路信道內(nèi)收到請求的內(nèi)容，并推導(dǎo)了所提系統(tǒng)的和速率。文獻(xiàn)[11]在文獻(xiàn)[10]的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)內(nèi)容分發(fā)總速率最大化的功率分配方案。

2) 有基礎(chǔ)設(shè)施下NOMA 緩存內(nèi)容分發(fā)。系統(tǒng)中存在預(yù)緩存部分內(nèi)容的基礎(chǔ)設(shè)施，如果緩存命中，則直接向服務(wù)覆蓋范圍內(nèi)的用戶提供服務(wù)；如果緩存未命中，基站從核心網(wǎng)獲取內(nèi)容后，將內(nèi)容直接分發(fā)給用戶。文獻(xiàn)[12-13]分析了多用戶的NOMA 緩存內(nèi)容分發(fā)場景。文獻(xiàn)[12]假設(shè)允許重用分發(fā)完成的內(nèi)容文件的未占用功率，設(shè)計了一種基于深度學(xué)習(xí)的方法使分發(fā)時延最小化并提升計算效率。文獻(xiàn)[13]考慮的是無線緩存網(wǎng)絡(luò)的下行傳輸場景，分析了典型用戶的覆蓋概率，并通過仿真表明了NOMA 為無線緩存網(wǎng)絡(luò)帶來了性能增益。文獻(xiàn)[14-15]主要針對兩用戶情形。文獻(xiàn)[14]提出了一個面向服務(wù)質(zhì)量（QoS,quality of service）的動態(tài)功率分配策略，在內(nèi)容分發(fā)階段使用NOMA 同時為2 個用戶提供服務(wù)，功率分配的目標(biāo)是確保遠(yuǎn)端用戶的QoS目標(biāo)。文獻(xiàn)[15]提出了2 種NOMA 輔助緩存的策略，即先推送后分發(fā)與推送同時分發(fā)。第一種策略下緩存服務(wù)器通過NOMA 在某一時隙內(nèi)對2 個用戶完成內(nèi)容分發(fā)；第二種策略下基站在為某個用戶直接服務(wù)的同時通過NOMA 對緩存服務(wù)器進(jìn)行內(nèi)容推送。

在上述有基礎(chǔ)設(shè)施下NOMA 緩存內(nèi)容分發(fā)研究中，文獻(xiàn)[12-14]未考慮緩存未命中用戶內(nèi)容分發(fā)。然而，在實際的無線信道傳輸中，由于信號傳輸受到發(fā)送功率以及實際信道中的衰落的影響，推送的所有內(nèi)容未必全部能被成功緩存。文獻(xiàn)[15]盡管考慮了緩存未命中情況，但其所提策略下緩存未命中用戶將在遠(yuǎn)距離基站發(fā)送的NOMA 疊加信號中解碼所需內(nèi)容，意味著該用戶不僅面臨信道條件差的問題，還要與其他緩存服務(wù)器共享資源塊。在實際中，如果通過NOMA 向多個設(shè)備分發(fā)內(nèi)容，用戶接收機(jī)處可能會存在誤差傳播、解碼復(fù)雜度高以及信號處理時延高等問題。如果對用戶進(jìn)行調(diào)度，則可以最大限度緩解上述問題帶來的影響?，F(xiàn)有用戶調(diào)度策略主要面向非緩存的無線通信場景[16]，如何通過用戶調(diào)度并利用信道狀態(tài)多樣性實現(xiàn)空間分集從而提升無線緩存場景下內(nèi)容分發(fā)的傳輸可靠性，目前仍未有研究。

針對現(xiàn)有研究的局限性，本文面向有基礎(chǔ)設(shè)施NOMA 無線緩存的內(nèi)容分發(fā)階段，研究可靠傳輸以及用戶調(diào)度問題，貢獻(xiàn)如下。

1) 自適應(yīng)傳輸方案設(shè)計?？紤]緩存命中用戶與緩存未命中用戶共存場景，提出了一種兩階段自適應(yīng)NOMA/OMA 協(xié)作傳輸方案，由緩存服務(wù)器充當(dāng)協(xié)作節(jié)點，在服務(wù)緩存命中用戶的同時自適應(yīng)地向緩存未命中用戶轉(zhuǎn)發(fā)內(nèi)容信息。

2) 高可靠用戶調(diào)度策略實現(xiàn)。針對所提傳輸方案的NOMA 與OMA 情況，分別提出了對應(yīng)的高可靠性用戶調(diào)度準(zhǔn)則，并給出了所提調(diào)度策略最優(yōu)性證明過程以及具體的用戶調(diào)度實現(xiàn)策略。

3) 分發(fā)可靠性分析。分別進(jìn)行了中斷概率分析以及漸近分析，證明了根據(jù)所提調(diào)度策略確定的調(diào)度用戶在高信噪比下能夠?qū)崿F(xiàn)滿分集增益；由于緩存未命中用戶在解碼過程中使用了最大比合并（MRC,maximal ratio combining），因此在高信噪比下可以獲取2 階分集增益。

4) 仿真驗證及性能對比。仿真結(jié)果驗證了本文中斷概率以及分集增益推導(dǎo)的正確性。此外，通過與基于瞬時信道狀態(tài)信息（CSI,channel state information）的調(diào)度策略、OMA 傳輸策略以及隨機(jī)調(diào)度策略進(jìn)行對比，證明了本文所提傳輸方案與用戶調(diào)度策略在中斷性能上的優(yōu)越性。

1 系統(tǒng)模型

圖1 內(nèi)容分發(fā)階段系統(tǒng)模型

2 兩階段自適應(yīng)NOMA/OMA 傳輸方案

2.1 第一階段：基站廣播

2.2 第二階段：自適應(yīng)NOMA/OMA 內(nèi)容分發(fā)傳輸

在第二階段，CS 根據(jù)第一階段信號的收發(fā)情況從緩存命中用戶中調(diào)度一個用戶，記為uk；然后，CS將自適應(yīng)選擇以NOMA 或OMA 方式發(fā)送用戶u0和uk期望的內(nèi)容。其他未調(diào)度的緩存命中用戶可能會在下一次傳輸過程中被機(jī)會式調(diào)度。具體分析如下。

1) CIC 和SIC 的NOMA 內(nèi)容分發(fā)

在第一階段中，當(dāng)CS成功解碼出內(nèi)容x0，即γBS→CS,0≥τ0時，在本階段CS將發(fā)送一個xk與x0的NOMA 疊加信號到用戶uk和用戶u0，該信號記為，其中，PC為CS的發(fā)送功率，α為分配給內(nèi)容xk的功率分配系數(shù)。由于選出的調(diào)度用戶uk需要與緩存未命中用戶u0在同一傳輸資源塊下獲取服務(wù)，為了保證調(diào)度用戶uk的接收可靠性，CS將大部分功率分配給xk。

對于用戶uk，其接收信號可以表示為；然后，根據(jù)第一階段是否成功解碼內(nèi)容x0，用戶uk將采取不同的解碼方式。具體為，若uk在第一階段未成功解碼x0，則在本階段通過正常的SIC 進(jìn)行解碼，即uk將發(fā)送給u0的信號x0作為干擾，直接解碼自己的內(nèi)容xk；否則，用戶uk在本階段解碼時可通過CIC 技術(shù)利用前一階段的緩存直接去除內(nèi)容x0帶來的干擾。因此，用戶uk解碼xk的信干噪比可以表示為

2) OMA 內(nèi)容分發(fā)

在第一階段，當(dāng)CS未能成功解碼內(nèi)容x0，即γBS→CS,0〈τ0時，在本階段緩存服務(wù)器CS 將通過OMA 的方式發(fā)送內(nèi)容xk到用戶uk，發(fā)送信號可記為。

此時對于用戶uk來說，解碼xk的信干噪比表示為。對于用戶u0，在本階段采用OMA 傳輸?shù)那闆r下并沒有收到內(nèi)容x0，因此沒有解碼x0的過程。

2.3 兩階段自適應(yīng)傳輸結(jié)果

對于用戶u0，采用MRC 計算兩階段解碼x0的總信干噪比；對于用戶uk，則只需要考慮第二階段解碼xk的信干噪比。

在第二階段采用聯(lián)合CIC 和SIC 的NOMA 內(nèi)容分發(fā)（條件為γBS→CS,0≥τ0）時，可以分別得到用戶u0和用戶uk在NOMA 階段的解碼信干噪比為

在采用OMA 內(nèi)容分發(fā)（條件為γBS→CS,0〈τ0）時，得到用戶u0和uk在OMA 傳輸時的解碼信噪比為

在由LTE/5G 驅(qū)動的實際無線緩存/通信系統(tǒng)中，通常存在多個正交資源塊，這些正交資源塊將被分配給不同的用戶。由于不同正交資源塊之間的正交性，不同緩存未命中用戶的內(nèi)容分發(fā)過程相互獨(dú)立，因此本文重點考慮針對一個典型緩存未命中用戶的內(nèi)容分發(fā)方案設(shè)計。然而，當(dāng)系統(tǒng)中存在多個緩存未命中用戶時，可先將緩存命中用戶分為多個無重疊的緩存命中用戶組；其次，每個緩存未命中用戶將會與一個緩存命中用戶組配對。在上述假設(shè)下，每個配對組合可以執(zhí)行本文所設(shè)計的兩階段自適應(yīng)NOMA/OMA 傳輸方案及用戶調(diào)度策略。

3 高可靠性的用戶調(diào)度策略及最優(yōu)性證明

上述兩階段自適應(yīng)NOMA/OMA 傳輸方案在調(diào)度用戶已知的情況下，給出了具體的通信過程，為了最大化用戶可靠性，本文設(shè)計了面向高可靠性的用戶調(diào)度策略，該策略針對NOMA 和OMA傳輸過程具有不同的用戶調(diào)度準(zhǔn)則。具體的調(diào)度準(zhǔn)則以及最優(yōu)性證明如下。

針對NOMA 情況，應(yīng)采用如準(zhǔn)則1 所示的調(diào)度策略。

準(zhǔn)則1

將式(8)代入式(13)可得

針對OMA 情況，應(yīng)采用如準(zhǔn)則2 所示的調(diào)度策略。

引理2在OMA 情況下，用戶u0中斷概率關(guān)于Yk單調(diào)遞減。

證明由之前的分析可知，在OMA 情況下，緩存服務(wù)器將以全功率發(fā)送內(nèi)容xk給用戶uk，此時用戶uk的中斷事件表示為，將對應(yīng)的信干噪比的表達(dá)式代入中斷事件中，可得出OMA 情況下用戶uk的中斷概率為

4 用戶調(diào)度具體實現(xiàn)策略

在提出了調(diào)度策略并完成了最優(yōu)性證明之后，本節(jié)主要講述兩階段自適應(yīng)NOMA/OMA傳輸方案與用戶調(diào)度的具體實現(xiàn)策略，并詳細(xì)描述信道狀態(tài)信息獲取的過程。與文獻(xiàn)[16]類似，用戶調(diào)度具體實現(xiàn)策略如圖2 所示，本文中考慮的是一個塊衰落信道模型，任何鏈路的信道增益在一個持續(xù)時間T內(nèi)不會改變。第一階段基站廣播持續(xù)的時間為T1，第二階段自適應(yīng)NOMA/OMA 傳輸持續(xù)的時間為T2，余下部分用于用戶調(diào)度過程。用戶調(diào)度過程具體分為3 個子時隙，即子時隙1～子時隙3。

圖2 用戶調(diào)度具體實現(xiàn)策略

1) 在子時隙1，基站BS廣播一個信令消息給所有用戶，場景中的所有用戶以及緩存服務(wù)器CS利用該信息進(jìn)行信道估計，用戶獲取自身與基站之間鏈路的信道增益 |h0|2與 |hk|2(k∈K)，而緩存服務(wù)器CS 除了獲取自身與基站之間鏈路的信道增益|f|2外還要判斷是否可以成功解碼內(nèi)容x0，以此來確定之后采取NOMA 傳輸還是OMA 傳輸。

2) 在子時隙2，緩存服務(wù)器CS在完成判斷后，廣播一個信令信息flag_success 來告知其他用戶第二階段的傳輸方案。

3) 在子時隙3，假設(shè)該時隙的持續(xù)時間為t。其他用戶在接收到信令信息flag_success 后，根據(jù)不同結(jié)果采取對應(yīng)行動，具體如下。

flag_success=1，即第一階段緩存服務(wù)器CS成功緩存了內(nèi)容x0。第二階段的傳輸方案為NOMA，用戶uk（k∈K）根據(jù)Xk的結(jié)果構(gòu)造一個虛擬定時器，初始化為ωk=texp(-Xk)〈t，用戶根據(jù)定時器反饋信令，最先反饋的用戶即依據(jù)準(zhǔn)則k*=argmaxXk調(diào)度出來的用戶。

flag_success=0，即第一階段緩存服務(wù)器CS未成功緩存內(nèi)容x0。第二階段的傳輸方案為OMA，用戶uk（k∈K）根據(jù)Yk的結(jié)果構(gòu)造一個虛擬定時器，初始化為ωk=texp(-Yk)〈t，用戶根據(jù)定時器反饋信令，最先反饋的用戶即依據(jù)準(zhǔn)則k*=argmaxYk調(diào)度出來的用戶。

當(dāng)調(diào)度用戶確定后，該用戶廣播一個信令信息用以告知緩存服務(wù)器CS以及其他所有用戶。

計算復(fù)雜度分析如下。根據(jù)用戶調(diào)度具體實現(xiàn)策略，在子時隙1，CS需要計算是否可以成功解碼x0；在子時隙3，每個緩存命中用戶uk(k∈K) 將計算ωk。因此，本文所提調(diào)度策略的計算復(fù)雜度為Ο(K)。

時間復(fù)雜度分析如下。在子時隙1，BS廣播一個信令消息；在子時隙 2，CS 廣播信令消息flag_success；在子時隙3，虛擬定時器倒計時最小的緩存命中用戶最先反饋信令信息。因此，本文所提調(diào)度策略的通信開銷為Ο(3)。此外，由于每個信令信息包含的比特數(shù)很小，因此其時間復(fù)雜度可忽略不計。

5 性能分析

5.1 調(diào)度用戶的中斷概率分析

5.2 緩存未命中用戶的中斷概率分析

緩存未命中用戶u0通過兩階段MRC 完成對內(nèi)容x0的解碼[19]。第一階段中基站將廣播內(nèi)容文件x0，緩存未命中用戶u0可嘗試接收。緩存服務(wù)器對內(nèi)容x0的解碼情況將決定第二階段的具體傳輸方式。當(dāng)?shù)诙A段采用NOMA 的聯(lián)合分發(fā)形式時，緩存服務(wù)器CS將使用NOMA 原理對內(nèi)容xk、x0進(jìn)行疊加并發(fā)送。用戶u0優(yōu)先解碼分配較大功率的內(nèi)容文件xk，如果成功解碼，將其作為干擾消除并嘗試接收內(nèi)容x0，最終根據(jù)兩階段的MRC判斷緩存未命中用戶u0是否發(fā)生中斷。當(dāng)?shù)诙A段為OMA 傳輸時，緩存服務(wù)器CS只發(fā)送內(nèi)容文件xk，最終根據(jù)第一階段對內(nèi)容x0的接收情況判斷緩存未命中用戶u0是否發(fā)生中斷。綜上可知，緩存未命中用戶u0的中斷事件可以表示為根據(jù)中斷事件可知緩存未命中用戶u0的中斷概率為

將NOMA 傳輸與OMA 傳輸分開討論，其中

OMA 情況下u0的中斷概率的閉式解為

其中，事件 {k*=i}可以等價為

最后，計算 Pr{k*=i}，根據(jù)Xk的表達(dá)式可知

根據(jù)式(32)，Pr {k*=i}可表示為

將式(35)的結(jié)果代入式(34)，可得Q1的閉式解為

同理可得Q2的閉式解表達(dá)式為

在Q1與Q2推導(dǎo)完成后，代入式(33)即可獲得Pr{k*=i}的解析表達(dá)式。將式(30)、式(31)與式(33)代入式(29)，即可得到NOMA 情況下緩存未命中用戶的表達(dá)式。

綜上所述，將式(26)與式(29)代入式(23)，可以得到緩存未命中用戶在本文所提調(diào)度策略下的中斷概率解析表達(dá)式為

5.3 分集增益分析

當(dāng)基站BS 的發(fā)送信噪比滿足ρ→∞時，可以根據(jù)高階無窮小表達(dá)式將中斷概率表達(dá)式近似計算得到分集增益，其中ζ表示任意正常數(shù)[18]?；诖?，本文考慮高信噪比情況下，通過漸近分析得到分集增益，旨在衡量可靠性隨信噪比的改善程度。

因此，調(diào)度用戶對應(yīng)的分集增益為K階。

對于緩存未命中用戶u0，首先將高階無窮小漸近式分別代入式(36)與式(37)，所得近似結(jié)果為

可以看到，在忽略了高階無窮小項后，Q1與Q2近似為常數(shù)項，將式(40)與式(41)得到的近似結(jié)果以及高階無窮小漸近式代入式(38)可得

因此，緩存未命中用戶的分集增益為2 階。

6 仿真分析

本節(jié)將使用MATLAB 對本文中提出的針對無線緩存網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容交付階段的用戶調(diào)度方案的系統(tǒng)中斷性能進(jìn)行仿真驗證。在本文的仿真場景中，緩存服務(wù)器CS位于坐標(biāo)(0,0)，CS的服務(wù)覆蓋半徑為RC=50 m ?；綛S位于坐標(biāo)（-d,0）處，d表示BS與CS的相對距離。本節(jié)設(shè)置的仿真場景下共有5 個用戶，其中，一個用戶是緩存未命中用戶，該用戶無法從CS直接請求服務(wù)，該用戶位于(30,10)，請求內(nèi)容的目標(biāo)速率為r0=1；剩余K=4個用戶為緩存命中用戶，坐標(biāo)分別為(-35,20)、(10,15)、(15,-25)以及(30,-10)，緩存命中用戶請求內(nèi)容的目標(biāo)速率分別為r1=1.5，r2=0.8，r3=2，r4=1。仿真拓?fù)淙鐖D3 所示。

模型中的所有信道增益服從距離相關(guān)的指數(shù)分布，并設(shè)定路徑損耗系數(shù)a=2，調(diào)度用戶對應(yīng)的功率分配因子α=0.8。另外，CS 與BS 的功率比。調(diào)度用戶和緩存未命中用戶的中斷概率理論值分別根據(jù)式(22)和式(38)得到，所有的仿真值均從 1 ×107次蒙特卡羅仿真實驗中獲得。此外，本文所采用的對比方案如下。

方案1[16]。傳輸策略仍采用本文提出的兩階段自適應(yīng)NOMA/OMA 傳輸方案，用戶調(diào)度采取基于瞬時CSI 的調(diào)度策略。

方案2[15]。傳輸策略采用傳統(tǒng)的OMA 傳輸?shù)乃枷?，用戶調(diào)度采用本文提出的策略。該方案的內(nèi)容交付的過程分為3 個階段：1) 基站BS廣播內(nèi)容x0，CS 與緩存未命中用戶u0嘗試接收；2) CS 向調(diào)度用戶使用OMA 發(fā)送內(nèi)容；3) 若在階段1)中CS成功解碼出了內(nèi)容x0，則向緩存未命中用戶u0使用OMA 發(fā)送內(nèi)容x0。而本文中提出的傳輸方案則分為2 個階段，因此，為了保證進(jìn)行公平的比較，該方案中每個內(nèi)容的目標(biāo)速率應(yīng)為兩階段時設(shè)置值的1.5 倍。

方案3。傳輸策略采用本文提出的兩階段自適應(yīng)NOMA/OMA 傳輸方案，用戶調(diào)度則采取隨機(jī)選取用戶的調(diào)度策略。

方案4[15]。傳輸策略為基于NOMA 的“推送同時分發(fā)”方案，用戶調(diào)度則采取隨機(jī)調(diào)度。

由于方案1～方案4 均需要執(zhí)行用戶調(diào)度策略，因此在實現(xiàn)過程中，各緩存命中用戶uk（k∈K）需要分別根據(jù)瞬時CSI 或生成的隨機(jī)數(shù)來構(gòu)建虛擬定時器；此外，方案1 和方案3 中，CS需要計算是否成功解碼x0。因此，上述4 個對比方案的計算復(fù)雜度均為Ο(K)。

圖4 不同方案下調(diào)度用戶的中斷概率隨基站發(fā)送信噪比的變化

圖5 不同方案下緩存未命中用戶的中斷概率隨基站發(fā)送信噪比的變化

圖6 不同方案下調(diào)度用戶的中斷概率隨相對距離的變化

圖7 不同方案下緩存未命中用戶的中斷概率隨相對距離的變化

如圖 6 所示，所提方案及基于自適應(yīng)NOMA/OMA 的方案1、方案3、方案4 下調(diào)度用戶的中斷概率隨著基站與緩存服務(wù)器的相對距離d單調(diào)遞增，而OMA 方案下調(diào)度用戶中斷概率保持不變，具體原因如下。在本文所提傳輸方案中，調(diào)度用戶將對第一階段基站廣播的內(nèi)容進(jìn)行預(yù)緩存，在第二階段使用CIC 進(jìn)行解碼。隨著d的不斷增大，在第一階段的緩存效果越來越差，因此會影響第二階段CIC 效果，導(dǎo)致中斷概率變大。而OMA 方案下用戶僅通過CS獲取服務(wù)，因此與BS的位置無關(guān)。

從圖7 中可以看出，所有方案下緩存未命中用戶u0的中斷概率隨基站與緩存服務(wù)器的相對距離的增加而逐漸增大，具體原因如下。雖然用戶u0采用MRC 的形式對內(nèi)容x0進(jìn)行解碼，但是為了優(yōu)先保證調(diào)度用戶的傳輸性，大部分功率分配給了，只有少部分功率分配給了x0，因此第一階段的廣播接收情況對u0的中斷概率產(chǎn)生了更大的影響，隨著d的逐漸增大，u0與基站BS 之間的距離越來越遠(yuǎn)，因此中斷概率也越來越大。另外，當(dāng)d〈 40 m時，OMA 方案的中斷性能優(yōu)于本文所提方案，而當(dāng)d〈40 m時，OMA 方案的性能急劇惡化。這是由于BS與CS、用戶u0都保持著很近的距離，且在OMA 方案下，若CS成功緩存了x0，將以全功率將x0發(fā)送給用戶u0，因此中斷性能優(yōu)于本文所提方案。隨著d的增大，OMA 方案難以滿足對應(yīng)的目標(biāo)速率要求，因此中斷概率不斷增大，并且中斷性能弱于方案1、方案3 和所提方案。

7 結(jié)束語

本文面向無線緩存網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容分發(fā)場景，提出了兩階段自適應(yīng)NOMA/OMA 傳輸方案，針對該方案，設(shè)計了一種高可靠性用戶調(diào)度策略。通過所提策略從其他緩存命中用戶中選出調(diào)度用戶，與緩存未命中用戶組成NOMA 用戶對，由緩存服務(wù)器對該用戶對進(jìn)行聯(lián)合分發(fā)，在保證調(diào)度用戶的可靠性的前提下盡可能地降低緩存未命中用戶發(fā)生中斷的可能性。為了驗證所提方案的系統(tǒng)中斷性能，分別推導(dǎo)了調(diào)度用戶與緩存未命中用戶的中斷概率閉式解表達(dá)式，并且在高信噪比的條件下推導(dǎo)了與中斷概率對應(yīng)的分集增益表達(dá)式。理論結(jié)果表明，調(diào)度用戶可獲得滿空間分集增益，緩存未命中用戶通過MRC 也能獲得2 階分集增益。仿真結(jié)果表明，本文所提傳輸方案與調(diào)度策略具有較好的中斷性能。