[發(fā)明專利]一種提升NOMA協(xié)作通信系統(tǒng)能量效率的傳輸方法

有效

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• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112261662B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設計）人: 唐錕;薛泉;廖紹偉
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04W16/14
• 分類號: H04W16/14;H04W52/24;H04W52/26
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發(fā)明公開一種提升NOMA協(xié)作通信系統(tǒng)能量效率的傳輸方法，采用基于中繼輔助的NOMA協(xié)作認知通信傳輸模型根據(jù)傳輸協(xié)議進行傳輸，認知通信傳輸模型包括基站、第一接收端、第二接收端以及用于協(xié)作傳輸?shù)闹欣^節(jié)點，假設所有的傳輸信道均為獨立的瑞利衰落信道；傳輸協(xié)議為，在任一傳輸時隙內包括第一傳輸階段和第二傳輸階段，第一傳輸階段中，基站發(fā)送疊加的信號給第一接收端和第二接收端，中繼節(jié)點也接收該疊加信號，并根據(jù)能量分割比例將疊加信號分割成用于能量采集和用來轉發(fā)信號的兩部分。通過最大化系統(tǒng)能量效率的參數(shù)獲取優(yōu)化算法獲得功率分配因子和和能量分割比例的最優(yōu)值。本發(fā)明可以最大化提升系統(tǒng)的能量效率。

技術領域

本發(fā)明屬于能量采集認知無線電網絡領域，尤其涉及一種提升NOMA協(xié)作通信系統(tǒng)能量效率的傳輸方法。

背景技術

隨著移動通信和物聯(lián)網(IoT)的飛速發(fā)展，對頻譜效率和系統(tǒng)容量的需求迅速增長，傳統(tǒng)的正交多址(OMA)接入技術已經不能滿足用戶需求。非正交多址(NOMA)接入技術被認為是一種有發(fā)展?jié)摿Φ亩嗦吩L問技術，可以通過部署超密集網絡來獲得更多的頻譜效率，因此可以應用于支持5G系統(tǒng)下的大型機器類通信場景。與傳統(tǒng)的正交多址接入技術不同， NOMA技術可以有效地利用相同的傳輸資源(如：時間、頻率和功率)來實現(xiàn)多址接入應用，從而可以有效地提高整個系統(tǒng)的傳輸性能。此外，在認知無線電(CR)網絡中已經廣泛地開展了頻譜共享研究。在CR網絡中，二級用戶可以訪問屬于一級用戶的許可頻譜而不會對其傳輸造成干擾，或者可以協(xié)助一級用戶進行數(shù)據(jù)傳輸以換取頻譜共享的機會。在實際應用中，針對低功率電子設備的同時無線信息和功率傳輸(SWIPT)也已經開展了研究，它可以在采集能量的同時處理射頻信號的信息。將NOMA技術、認知無線電網絡與能量采集相結合，可以為5G通信系統(tǒng)同時提高能量效率和頻譜效率提供了一種有效的方法。

在目前已有的方案中，Y.Zhang等在《Energy efficiency optimization incognitive radio inspired non-orthogonal multiple access》(Proc.IEEE 27thInternational Symposium on Personal，Indoor and Mobile Radio CommunicationsPIMRC，pp.1-6， 2016.)從多用戶下行鏈路系統(tǒng)中的系統(tǒng)能量效率角度研究了NOMA技術。首先，通過引入多天線技術并將一級用戶的數(shù)量擴展到任意數(shù)量，來概括現(xiàn)有的基于NOMA的認知無線電系統(tǒng)；然后，系統(tǒng)的目標是針對每個一級用戶，在服從單個服務質量約束條件的情況下，優(yōu)化所提出系統(tǒng)的能量效率；最后針對非凸的優(yōu)化問題，作者提出了一種基于順序凸逼近法的高效算法來實現(xiàn)能量效率最大化，所有傳輸節(jié)點均有穩(wěn)定的傳輸能量供應，但是對于大量的小型傳感器接入到無線網絡中時，無法很好的為所有傳感器提供固定的能量供應，因此采用信息能量同傳技術更符合未來基于5G通信系統(tǒng)的IoT應用。在W.Zhao等在《Energy efficiency maximization for two-way relay assisted CR-NOMA systembased on SWIPT》 (IEEE Access，vol.7，2019)中，在雙向中繼輔助的認知無線電非正交多址網絡中研究了系統(tǒng)的能量效率。基于所采集的能量和用戶的服務質量需求，作者的目的是最大化二級系統(tǒng)的能量效率。多目標的能量效率優(yōu)化問題可以分解成三個子優(yōu)化問題，分別是發(fā)射功率優(yōu)化、功率分配優(yōu)化和功率分配比優(yōu)化。其中發(fā)射功率的優(yōu)化問題采用一階泰勒級數(shù)展開函數(shù)的拉格朗日對偶算法來解決，功率分配優(yōu)化和功率分配比優(yōu)化則通過多目標迭代算數(shù)來聯(lián)合獲取。但其所研究的傳輸模型過于復雜，無法推導出精確的能量效率表達式，因此所提出的優(yōu)化算法并不能獲取所研究參數(shù)的全局最優(yōu)解。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種可以有效提高基于非正交多址接入技術的能量采集認知無線電系統(tǒng)能量效率的方法，包括基于無線信息能量同傳的頻譜共享協(xié)議設計和基于全搜索的參數(shù)優(yōu)化算法，用于最大化系統(tǒng)的能量效率，為未來基于能量采集認知無線電技術的傳感器網絡和物聯(lián)網提供一種可用的能量效率提升方法。

為實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明采用的方案是：