[發明專利]一種基于MIMO-NOMA系統的能量最大化收集方法

在審

• 申請號: 201911397816.1
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111147112A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 李樹鋒;萬澤林;金立標;雷玲
• 申請（專利權）人: 中國傳媒大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/0426;H04B7/0456
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種基于MIMO?NOMA系統的能量最大化收集方法，本方法包括S1?S4四個步驟，S1對用戶進行分組,提出了兩種用戶分組的方式，S2進行預編碼，S3對用戶進行功率分配，S4在已知用戶分組、預編碼和功率分配下，找到最優的功率分割系數使得收集到的能量最大化。在本方法的SWIPT集成的MIMO?NOMA系統中，實現節能的無線通信。每個用戶都使用一個功率分割器，將接收到的信號分成兩部分，同時進行信息檢索和能量收集，從而實現SWIPT。在該系統中，研究用戶聚類、預編碼設計、功率分配等方面問題從而對SWIPT的功率分割因子進行優化。在接收端滿足用戶的最低通信速率的前提下，使得收集到的能量最大化。

技術領域

本發明涉及一種基于MIMO-NOMA系統的能量最大化收集方法，屬于MIMO-NOMA系統應用技術領域。

背景技術

非正交多址(NOMA)被認為是第五代(5G)和5G(B5G)以上蜂窩系統的一種有前途的多址技術，可以顯著提高系統的整體性能。原因很多，例如：高頻譜效率，利用用戶分組的大規模連接和在相同的時間/頻率資源中復用。NOMA的基本原理是在發射機側的功率域(疊加編碼)中疊加多個用戶信號，并在強或近用戶的接收機處執行連續干擾消除(SIC)，以消除來自所需信號的用戶間干擾。NOMA與多輸入多輸出相結合MIMO技術吸引了越來越多的研究興趣，MIMO和NOMA的組合(稱為MIMO-NOMA)引入了這兩種技術的優點，可以進一步提高頻譜復用效率、傳輸吞吐量、功率效率。在MIMO-NOMA中，對用戶進行合理的分組尤為重要。NOMA的核心思想是在同一時間/頻率/代碼資源上為多個用戶提供服務,進而增加頻譜效率。NOMA的典型方法是對用戶進行分組，并使用不同的傳輸功率疊加其數據信號，然后再使用相同的波束成形以相同的方式傳輸組的信號。如果采用合適的方法對用戶進行分組，可以大大提高接收端系統檢測的準確性，降低系統的錯誤率。

從射頻(RF)信號中獲取能量已經成為解決無線通信網絡中電池壽命有限這一關鍵挑戰的一種有吸引力的策略。射頻信號在傳遞能量和傳遞信息時的雙重作用被稱為同步無線信息和功率傳輸(SWIPT)。因此，SWIPT被認為是5G的潛在節能解決方案，引起了廣泛的關注在學術界和工業界。

發明內容

在本方法的SWIPT集成的MIMO-NOMA系統中，實現節能的無線通信。具體來說，每個用戶都使用一個功率分割器，將接收到的信號分成兩部分，同時進行信息檢索和能量收集，從而實現SWIPT。在該系統中，研究用戶聚類、預編碼設計、功率分配等方面問題從而對SWIPT的功率分割因子進行優化。在接收端滿足用戶的最低通信速率的前提下，使得收集到的能量最大化。

本發明采用的技術方案為一種基于MIMO-NOMA系統的能量最大化收集方法，本發明方法包括S1-S4四個步驟，S1對用戶進行分組,提出了兩種用戶分組的方式，S2進行預編碼，S3對用戶進行功率分配，S4在已知用戶分組、預編碼和功率分配下，找到最優的功率分割系數使得收集到的能量最大化。

在大規模毫米波MIMO系統中，波束數不能超過射頻鏈數，且每個子載波最多只能支持一個用戶。因此，為充分實現復用增益，假設波束數G等于射頻鏈數N_RF，即G＝N_RF。考慮單下區下行大規模MIMO—NOMA系統如圖1所示，其中基站具備N根天線和N_RF個RF射頻鏈和K個單天線用戶被基站服務，通過使用NOMA，每個波束能夠支持多個用戶。用S_g表示第g個子載波服務的用戶集，g＝1,2…G，并且當i不等于j時有S_i∩S_j＝Φ。第n個波束中第m個用戶接收到的信號為：

h_m,n表示第m個用戶在第n個波束的信道增益，w_n為第n個波束的預編碼向量，p為傳輸功率，s_n，m為傳輸信號，υ_n,m為傳輸產生的噪聲，其服從(0,1)的正態分布，G為波束數。