The Version Age of Information (VAoI) quantifies information freshness by measuring the number of versions the receiver lags behind. This paper studies VAoI minimization in an $M$-user uplink non-orthogonal multiple access (NOMA) system where users maintain single-packet buffers and transmissions are constrained by average power and information-quality constraints, modeled by a general distortion function. A fundamental trade-off arises: transmitting more bits per update improves information quality but increases power consumption, reducing transmission opportunities and increasing VAoI, while transmitting fewer bits has the opposite effect. We formulate a weighted-sum VAoI minimization problem as a convex optimization problem. However, users' power allocations are coupled through multiple-access capacity constraints per channel state, leading to exponential complexity. To address this, we develop a VAoI-agnostic stationary randomized policy that jointly optimizes scheduling, bit allocation, and power control without tracking instantaneous VAoI, and achieves a provable 2-approximation to the globally optimal average VAoI. Leveraging Lagrangian dual decomposition, we derive closed-form expressions for the scheduling probabilities and power allocations, and efficiently determine the optimal successive interference cancellation decoding order, avoiding exhaustive search Numerical results show that NOMA significantly outperforms time-division multiple access (TDMA): at high power budgets, NOMA achieves near-zero VAoI, whereas TDMA saturates at a non-zero value, consistent with the analysis. The proposed general distortion framework accommodates diverse bit-priority structures by assigning unequal importance to different bits within an update.


翻译:版本信息年龄(VAoI)通过衡量接收端滞后的版本数量来量化信息新鲜度。本文研究$M$用户上行非正交多址接入(NOMA)系统中VAoI的最小化问题,其中用户维护单数据包缓冲区,传输受平均功率和信息质量约束(由一般失真函数建模)。存在一个基本权衡:每次更新传输更多比特可提升信息质量,但会增加功耗,减少传输机会并增加VAoI;而传输更少比特则产生相反效果。我们将加权和VAoI最小化问题建模为凸优化问题。然而,用户的功率分配通过每信道状态的多址接入容量约束耦合,导致指数级复杂度。为解决此问题,我们提出一种与VAoI无关的平稳随机策略,该策略无需追踪瞬时VAoI即可联合优化调度、比特分配和功率控制,并实现全局最优平均VAoI的可证明2倍近似。利用拉格朗日对偶分解,我们推导出调度概率和功率分配的闭式表达式,并高效确定最优串行干扰消除解码顺序,避免穷举搜索。数值结果表明,NOMA显著优于时分多址(TDMA):在高功率预算下,NOMA可实现接近零的VAoI,而TDMA饱和于非零值,这与理论分析一致。所提出的通用失真框架通过赋予更新内不同比特不相等重要性,可适应多种比特优先级结构。

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