[發(fā)明專利]基于能量捕獲的用戶導(dǎo)向型協(xié)作NOMA傳輸協(xié)議

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011017213.7
• 申請(qǐng)日: 2020-09-24
• 公開（公告）號(hào): CN112188523B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任品毅;李強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W24/02
• 分類號(hào): 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(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明公開了一種基于能量捕獲的用戶導(dǎo)向型協(xié)作NOMA傳輸協(xié)議，針對(duì)雙用戶NOMA網(wǎng)絡(luò)中弱用戶可能存在的可靠性不能得到保障的問題，綜合利用協(xié)作傳輸和能量捕獲技術(shù)，通過弱用戶的傳輸需求使系統(tǒng)能夠自適應(yīng)地調(diào)整強(qiáng)用戶的工作狀態(tài)，大大提高了弱用戶傳輸?shù)目煽啃浴Ｈ绻眰麈溌房梢詽M足弱用戶的傳輸需求，網(wǎng)絡(luò)則采用傳統(tǒng)的NOMA協(xié)議；如果直傳鏈路無法滿足弱用戶的傳輸需求，在采用基于能量捕獲的協(xié)作NOMA的傳輸協(xié)議。通過合理選擇傳輸功率，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了雙用戶NOMA網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)協(xié)作傳輸。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，具體涉及一種基于能量捕獲的用戶導(dǎo)向型協(xié)作NOMA傳輸協(xié)議，增強(qiáng)了弱用戶的信道容量，使系統(tǒng)可以自適應(yīng)的控制強(qiáng)用戶的工作狀態(tài)來提高系統(tǒng)容量。

背景技術(shù)

在未來的5G時(shí)代，智能終端(如移動(dòng)電話和可穿戴設(shè)備)和在線服務(wù)(如多媒體視頻和在線課程)可能會(huì)大幅增長。這意味著5G時(shí)代會(huì)在有限的頻譜資源上施加了大量的連通性需求。因此，提高頻譜利用率已成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。在現(xiàn)有的研究中，一個(gè)潛在的解決方案是非正交多址(NOMA)，它可以通過功率分配、疊加編碼和連續(xù)干擾消除(SIC)等技術(shù)在同一頻譜資源塊上支持多個(gè)用戶。

在NOMA網(wǎng)絡(luò)中，為了用戶的公平性，根據(jù)用戶的信道條件，系統(tǒng)會(huì)給不同的用戶分配不同的功率。但網(wǎng)絡(luò)中仍有一些用戶無法完成信息的傳輸。為了解決這個(gè)問題，研究者提出了一種新的NOMA協(xié)議，協(xié)作NOMA。具體來說，強(qiáng)通道用戶充當(dāng)中繼，協(xié)助弱通道用戶傳遞消息。在相關(guān)文獻(xiàn)中，研究者提出了一種基于能量捕獲的協(xié)作NOMA協(xié)議，在這種網(wǎng)絡(luò)中，強(qiáng)用戶可以從接收到的信號(hào)中獲取能量來中繼弱用戶的信號(hào)。然而，上述文獻(xiàn)只考慮了弱用戶無法完成信息傳輸?shù)那闆r，有時(shí)由于自身干擾和能量分裂故而損害了強(qiáng)用戶的利益，因此需要一個(gè)可以使系統(tǒng)自適應(yīng)地調(diào)整系統(tǒng)工作狀態(tài)的協(xié)議來保證弱用戶的傳輸可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)雙用戶NOMA網(wǎng)絡(luò)中強(qiáng)用戶利益受損的問題，本發(fā)明提供了一種基于能量捕獲的用戶導(dǎo)向型協(xié)作NOMA傳輸協(xié)議。該方法充充分利用能量捕獲和協(xié)作傳輸技術(shù)，增強(qiáng)了弱用戶的系統(tǒng)容量，提高了系統(tǒng)的能量效率，從而解決了雙用戶NOMA網(wǎng)絡(luò)中弱用戶的服務(wù)質(zhì)量問題。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

基于能量捕獲的用戶導(dǎo)向型協(xié)作NOMA傳輸協(xié)議，該傳輸協(xié)議基于的網(wǎng)絡(luò)包括一對(duì)NOMA用戶和一個(gè)基站S，根據(jù)用戶與基站之間的距離，距離較近和較遠(yuǎn)的用戶分別被稱為強(qiáng)用戶U1和弱用戶U2；該傳輸協(xié)議包括兩個(gè)判斷依據(jù)：如果直傳鏈路能夠滿足弱用戶的傳輸需求，網(wǎng)絡(luò)則采用傳統(tǒng)的NOMA協(xié)議；如果直傳鏈路無法滿足弱用戶的傳輸需求，在采用基于能量捕獲的協(xié)作NOMA的傳輸協(xié)議。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，該傳輸協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)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(shí)強(qiáng)用戶裝有兩根天線，其中一根用于自己的信號(hào)接受，另一根處于打開或者關(guān)閉的狀態(tài)并用了轉(zhuǎn)發(fā)弱用戶的信號(hào)；如果弱用戶在直傳鏈路中能夠以實(shí)現(xiàn)信息傳輸，第二根天線關(guān)閉，不會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)；如果弱用戶在直傳鏈路中不能實(shí)現(xiàn)信息傳輸，第二根天線打開，并以全雙工模式轉(zhuǎn)發(fā)弱用戶的信號(hào)，增強(qiáng)弱用戶的信道質(zhì)量；當(dāng)強(qiáng)用戶轉(zhuǎn)發(fā)弱用戶信道的時(shí)候，可能存在能量不足的情況，這時(shí)，強(qiáng)用戶能夠從接收到的信號(hào)中根據(jù)能量捕獲協(xié)議捕獲能量。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，傳統(tǒng)的NOMA協(xié)議如下：

基站根據(jù)疊加編碼技術(shù)給強(qiáng)用戶和弱用戶發(fā)送目標(biāo)信號(hào)，疊加信號(hào)為

其中，x₁和x₂分別是強(qiáng)用戶U1和弱用戶U2的目標(biāo)信號(hào)；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(hào)y₁和y₂分別為：