The application of non-orthogonal multiple access (NOMA) in millimeter wave (mmWave) massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems can enhance spectral efficiency. In this paper, we propose an angle-domain NOMA scheme over the multi-cell mmWave massive MIMO networks. This scheme is optimized through both user scheduling and precoders/decoders design to maximize the system sum rate, where the precoders are decomposed into outer and inner ones. We construct the outer precoders with the help of the users’ spatial angle information, i.e., beam signatures, and propose two design strategies for both inner precoders and decoders, i.e., joint optimization of precoders/decoders (JOPD) and cooperative NOMA (C-NOMA). Specifically, in JOPD, the precoders/decoders are obtained through maximizing a nonconvex function subject to the users’ quality-of-service (QoS) constraints, where an alternate optimization algorithm based on the constrained concave-convex procedure is proposed for its solutions. In C-NOMA, we adopt interference alignment to cooperatively serve the cell-edge users and achieve simplified yet effective precoders/decoders. Furthermore, we optimize C-NOMA through power allocation. Afterwards, user scheduling algorithms are proposed for both JOPD and C-NOMA. Extensive simulations verify that the proposed schemes exhibit improved performance in terms of both sum rate and users’ QoS compared to that of existing mmWave NOMA schemes.

中文翻译：

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多小区毫米波大规模 MIMO 网络上的角域 NOMA

非正交多址（NOMA）在毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）系统中的应用可以提高频谱效率。在本文中，我们提出了一种基于多小区毫米波大规模 MIMO 网络的角域 NOMA 方案。该方案通过用户调度和预编码器/解码器设计进行优化，以最大化系统总速率，其中预编码器被分解为外部和内部。我们借助用户的空间角度信息（即波束签名）构建外部预编码器，并为内部预编码器和解码器提出了两种设计策略，即预编码器/解码器联合优化（JOPD）和协作 NOMA（C-诺玛）。具体来说，在 JOPD 中，预编码器/解码器是通过最大化受用户服务质量（QoS）约束的非凸函数来获得的，其中提出了一种基于约束凹凸过程的替代优化算法作为其解决方案。在 C-NOMA 中，我们采用干扰对齐来协同服务小区边缘用户，并实现简化而有效的预编码器/解码器。此外，我们通过功率分配优化 C-NOMA。随后，针对JOPD和C-NOMA提出了用户调度算法。大量的模拟验证了与现有的毫米波 NOMA 方案相比，所提出的方案在总速率和用户 QoS 方面都表现出改进的性能。在 C-NOMA 中，我们采用干扰对齐来协同服务小区边缘用户，并实现简化而有效的预编码器/解码器。此外，我们通过功率分配优化 C-NOMA。随后，针对JOPD和C-NOMA提出了用户调度算法。大量的模拟验证了与现有的毫米波 NOMA 方案相比，所提出的方案在总速率和用户 QoS 方面都表现出改进的性能。在 C-NOMA 中，我们采用干扰对齐来协同服务小区边缘用户，并实现简化而有效的预编码器/解码器。此外，我们通过功率分配优化 C-NOMA。随后，针对JOPD和C-NOMA提出了用户调度算法。大量的模拟验证了与现有的毫米波 NOMA 方案相比，所提出的方案在总速率和用户 QoS 方面都表现出改进的性能。