This paper considers a wireless network with a base station (BS) conducting timely transmission to two clients in a slotted manner via hybrid non-orthogonal multiple access (NOMA)/orthogonal multiple access (OMA). Specifically, the BS is able to adaptively switch between NOMA and OMA for the downlink transmission to minimize the information freshness, characterized by Age of Information (AoI), of the network. If the BS chooses OMA, it can only serve one client within a time slot and should decide which client to serve; if the BS chooses NOMA, it can serve both clients simultaneously and should decide the power allocated to each client. To minimize the weighted sum of expected AoI of the network, we formulate a Markov Decision Process (MDP) problem and develop an optimal policy for the BS to decide whether to use NOMA or OMA for each downlink transmission based on the instantaneous AoI of both clients. We prove the existence of optimal stationary and deterministic policy, and perform action elimination to reduce the action space for lower computation complexity. The optimal policy is shown to have a switching-type property with obvious decision switching boundaries. A suboptimal policy with lower computation complexity is also devised, which can achieve near-optimal performance according to our simulation results. The performance of different policies under different system settings is compared and analyzed in numerical results to provide useful insights for practical system designs.

中文翻译：

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通过混合 NOMA/OMA 最小化信息时代

本文考虑了一个无线网络，基站 (BS) 通过混合非正交多址 (NOMA)/正交多址 (OMA) 以时隙方式向两个客户端进行及时传输。具体来说，BS 能够自适应地在 NOMA 和 OMA 之间切换以进行下行链路传输，以最小化网络的信息新鲜度（以信息年龄（AoI）为特征）。如果BS选择OMA，它在一个时隙内只能服务一个客户端，并且应该决定服务哪个客户端；如果 BS 选择 NOMA，它可以同时为两个客户端提供服务，并应决定分配给每个客户端的功率。为了最小化网络的预期 AoI 的加权和，我们制定了一个马尔可夫决策过程 (MDP) 问题，并为 BS 制定了一个最优策略，以根据两个客户端的瞬时 AoI 来决定对每个下行链路传输使用 NOMA 还是 OMA。我们证明了最优平稳和确定性策略的存在，并执行动作消除以减少动作空间以降低计算复杂度。最优策略显示出具有明显的决策切换边界的切换类型属性。还设计了具有较低计算复杂度的次优策略，根据我们的模拟结果可以实现接近最优的性能。在数值结果中比较和分析不同系统设置下不同策略的性能，为实际系统设计提供有用的见解。我们证明了最优平稳和确定性策略的存在，并执行动作消除以减少动作空间以降低计算复杂度。最优策略显示出具有明显的决策切换边界的切换类型属性。还设计了具有较低计算复杂度的次优策略，根据我们的模拟结果可以实现接近最优的性能。在数值结果中比较和分析不同系统设置下不同策略的性能，为实际系统设计提供有用的见解。我们证明了最优平稳和确定性策略的存在，并执行动作消除以减少动作空间以降低计算复杂度。最优策略显示出具有明显的决策切换边界的切换类型属性。还设计了具有较低计算复杂度的次优策略，根据我们的模拟结果可以实现接近最优的性能。在数值结果中比较和分析不同系统设置下不同策略的性能，为实际系统设计提供有用的见解。最优策略显示出具有明显的决策切换边界的切换类型属性。还设计了具有较低计算复杂度的次优策略，根据我们的模拟结果可以实现接近最优的性能。在数值结果中比较和分析不同系统设置下不同策略的性能，为实际系统设计提供有用的见解。最优策略显示出具有明显的决策切换边界的切换类型属性。还设计了具有较低计算复杂度的次优策略，根据我们的模拟结果可以实现接近最优的性能。在数值结果中比较和分析不同系统设置下不同策略的性能，为实际系统设计提供有用的见解。