With an exponential increase of data traffic, satellite communication systems are being required to make an efficient use of limited frequency resources, and several multiple access schemes have been studied to achieve a higher sum-rate than an orthogonal multiple access (OMA) on a broadcasting (BC) channel such as satellite downlink. Encompassing spatial division multiple access (SDMA) and non-orthogonal multiple access (NOMA) on the whole, generalized rate-splitting multiple access (RSMA) suffers from high complexity of optimizing the number of common streams corresponding to all user combinations and a brute-force procedure to find the best decoding order. To tackle this problem, in this paper, we preemptively optimize the location of the satellite beams, convert the precoding matrix design of generalized RSMA into a low complex power allocation problem. In addition, a heuristic decoding order is set instead of the exhaustive search by using the intensity of the pre-manipulated beams. We then propose a user grouping method that reduces the number of common streams by using a sequential search algorithm based on the position of users and a solution of leakage-based beam patterning from non-convex programming regarding the location of each beam. Finally, simulation results show that the novel framework of generalized RSMA in the satellite BC channel has a multiplexing gain up to 48 percent compared to NOMA and 1-layer RSMA with fixed cells.
데이터 트래픽이 기하급수적으로 증가함에 따라 제한된 주파수 자원을 효율적으로 사용하는 위성 통신 시스템이 요구되고 있으며, 위성 다운링크와 같은 방송 채널에서 직교 다중 접속보다 높은 합계 속도를 달성하기 위해 여러 다중 접속 기법이 연구되었다. 공간 분할 다중 접속과 비직교 다중 접속을 일반적으로 포함하는 일반화된 전송률 분할 다중 접속은 모든 사용자 조합의 수와 같은 공유 스트림 수로 인한 높은 최적화 복잡도와 최적의 디코딩 순서를 찾기 위한 브루트 포스(Brute-force) 절차에 의한 난점들이 존재한다. 이 문제를 해결하기 위해 본 논문에선 선제적으로 위성 빔의 위치를 최적화하여 일반화된 전송률 분할 다중 접속의 프리코딩 행렬 최적화를 낮은 복잡도를 가진 전력 할당 문제로 변환한다. 또한, 디코딩 순서의 전수조사 과정 대신 사전 조작된 빔의 강도를 사용한 휴리스틱 디코딩 순서를 제안한다. 추가로 고려되는 공통 스트림 수를 줄이기 위해 사용자 위치 기반 순차 검색 알고리즘을 통한 유저 그룹화 방법과 각 빔의 위치에 대한 비볼록 프로그래밍인 누출 기반 빔 패터닝 솔루션을 제안한다. 마지막으로, 시뮬레이션 결과에서 고정 셀을 사용하는 비직교 다중 접속 및 1 계층 전송률 분할 다중 접속에 비해 일반화된 전송률 분할 다중 접속의 새로운 프레임워크는 위성 방송 채널에서 최대 48% 의 데이터 다중화 이득을 가지고 있음을 보여준다.
