[發明專利]基于能量捕獲的用戶導向型協作NOMA傳輸協議

有效

• 申請號: 202011017213.7
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112188523B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 任品毅;李強
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W40/08;H04W40/20;H04W40/22;H04W52/24;H04W52/26
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.基于能量捕獲的用戶導向型協作NOMA傳輸協議，其特征在于，該傳輸協議基于的網絡包括一對NOMA用戶和一個基站S，根據用戶與基站之間的距離，距離較近和較遠的用戶分別被稱為強用戶U1和弱用戶U2；該傳輸協議包括兩個判斷依據：如果直傳鏈路能夠滿足弱用戶的傳輸需求，網絡則采用傳統的NOMA協議；如果直傳鏈路無法滿足弱用戶的傳輸需求，再采用基于能量捕獲的協作NOMA的傳輸協議；該傳輸協議的具體實現如下：

基站和弱用戶都裝有一根天線并工作在半雙工模式，同時強用戶裝有兩根天線，其中一根用于自己的信號接收，另一根處于打開或者關閉的狀態并用來轉發弱用戶的信號；如果弱用戶在直傳鏈路中能夠實現信息傳輸，第二根天線關閉，不會轉發信號；如果弱用戶在直傳鏈路中不能實現信息傳輸，第二根天線打開，并以全雙工模式轉發弱用戶的信號，增強弱用戶的信道質量；當強用戶轉發弱用戶信號的時候，可能存在能量不足的情況，這時，強用戶能夠從接收到的信號中根據能量捕獲協議捕獲能量；

傳統的NOMA協議如下：

基站根據疊加編碼技術給強用戶和弱用戶發送目標信號，疊加信號為

其中，x₁和x₂分別是強用戶U1和弱用戶U2的目標信號；0≤α≤1是基站的功率分配因子；P_S表示基站的傳輸功率；因此，U1和U2接收到的信號y₁和y₂分別為：

其中，和為U1和U2產生的高斯白噪聲，他們的均值為0，方差分別為和為了方便起見，假設h₁和h₂分別為基站到U1和U2的信道增益，服從均值為0，方差分別為λ₁和λ₂的高斯分布；在接收端采用串行干擾消除；由于U1的信道增益優于U2的信道增益，因此0≤α＜0.5；根據串行干擾消除，U1和U2解碼目標信號的信噪比分別為：

U1和U2的信道容量分別為C₁＝log(1+γ₁)和C₂＝log(1+γ₂)；

基于能量捕獲的協作NOMA協議如下：

U1打開第二根天線并工作在全雙工模式，此時，U1在接收目標信號的同時轉發U2的信號，基站發送的疊加信號x(t)表示為：

因此，U1接收到的信號y′₁(t)為：

其中，上式右邊的第二項表示干擾消除之后的自干擾項；k∈[0，1]是自干擾消除系數，k＝0表示理想的自干擾消除，k＝1表示自干擾消除是無效的；x_r(t)＝x₂(t-τ)且τ是信號處理時延；h₄為U1的自干擾信道，它服從均值為0，方差為λ₄的高斯分布；P_R表示U1轉發U2信號的能量；根據能量捕獲協議，用于自身信號傳輸的部分信號表示為：

其中，0≤ρ≤1表示U1的能量分裂比；此時，U1解碼目標信號的信噪比為：

用于能量捕獲的部分信號y_EH(t)表示為因此，用于轉發信號的能量為：

其中，0≤η≤1是能量轉換效率；

U2將會接收到來自基站和U1的信號，表示為：

U2使用最大比合并來解碼信號，解碼信噪比表示為：

其中，第一項為來自基站的信號，第二項為來自U1的信號；h₃為U1到U2的信道，它服從均值為0，方差λ₃的高斯分布；此時，U1和U2的信道容量分別為C′₁＝log(1+γ′₁)和

用戶導向型協作NOMA協議如下：

如果U1需要協助U2傳輸信息，其必須滿足自身的傳輸需求，即C′₁＝log(1+γ′₁)≥R₁，其中R₁為U1的目標傳輸速率；因此，能量分裂因子滿足：

U1協助U2傳輸信息時，U2滿足其傳輸需求，即其中R₂為U2的目標傳輸速率；此時，能量分裂因子滿足：

其中，a＝η|h₁|²P_S，b＝ηk|h₄|²，

基于上述兩個約束，用戶導向型協作NOMA協議被制定為：

其中，mode＝0表示如果直傳鏈路滿足U2的傳輸需求，即C₂≥R₂時，系統工作在傳統的NOMA模式下；mode＝1表示如果直傳鏈路無法滿足U2的傳輸需求，即C₂＜R₂時，系統工作在基于能量捕獲的協作NOMA模式下。

2.根據權利要求1所述的基于能量捕獲的用戶導向型協作NOMA傳輸協議，其特征在于，為了衡量系統的性能，制定的U1和U2的中斷概率P₁和P₂分別為：

其中，d＝ραP_S，μ(γ，x)＝F₁(γ-x)f₂(x)，N_a是求和次數，f₂(x)是F₂(x)關于x的導數，x_i是L_n(x)的第i個根。