고도 플랫폼 기반 NOMA 차량 네트워크 자원 할당 최적화

본 논문은 차세대 통신망에서 급증하는 연결 수요와 고속 데이터 전송 요구를 충족시키기 위해, 고도 플랫폼(HAP)과 지상 기지국(roadside unit, RSU)이 결합된 이종 네트워크(HetNet) 환경에 NOMA(Non‑Orthogonal Multiple Access)를 적용한 시스템을 제안한다. 연구 배경으로는 기존의 정통 다중 접속(orthogonal multiple access) 방식이 스펙트럼 효율과 용량 면에서 한계를 보이며, NOMA가 동일 주파수 자원을 다중 사용자에게 공유하도록 함으로써 이러한 한계를 극복할 수 있다는 점을 들었다. 특히, 차량 사용자 장비(VUE)가 다수 존재하고, HAP가 백홀 링크를 통해 RSU와 통신하는 구조에서 자원 할당과 사용자 연계가 복합적인 제약을 가진다. **시스템 모델** - **Uplink NOMA**: 다수의 VUE가 동일 서브채널에 동시에 전송하고, 수신 측 RSU는 SIC( successive interference cancellation) 방식을 통해 신호를 복원한다. - **백홀 링크**: HAP와 RSU 사이의 백홀은 제한된 전송률을 가지며, 캐시된 콘텐츠가 백홀 트래픽을 감소시키는 역할을 한다. - **채널 모델**: HAP‑VUE와 RSU‑VUE 간 채널 이득을 각각 \(h_{h}\)와 \(h_{r}\)라 두고, 채널 계수 비율 \(\frac{|h_{h}|^{2}}{|h_{r}|^{2}}\)을 사용자 연계 판단에 활용한다. **문제 정의** 전체 시스템 유틸리티 함수는 VUE들의 전송률 합과 교차‑계층 간섭을 고려한 가중합으로 정의된다. 제약 조건은 다음과 같다. 1. 각 VUE의 최소 QoS(전송률) 요구 충족. 2. 백홀 링크의 총 전송률이 HAP‑RSU 간 용량을 초과하지 않음. 3. NOMA SIC 순서에 따른 전력 순서 제약. 4. 전체 대역폭은 고정된 총량 \(B\) 이하로 분배. 이 최적화 문제는 연속 변수(대역폭, 전력)와 이산 변수(사용자 연계)로 구성된 혼합 정수 비선형 프로그램(MINLP)이며, 직접 해결이 어려워 세 개의 서브문제로 분할한다. **1) 대역폭 할당** 라그랑주 승수와 KKT 조건을 적용해 각 VUE에 할당되는 대역폭 \(b_i\)에 대한 폐쇄형 해를 도출한다. 해는 \