[發明專利]一種IQI條件下中繼協作NOMA系統的和速率優化方法

在審

• 申請號: 202210280114.0
• 申請日: 2022-03-21
• 公開（公告）號: CN114760694A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 萬曉榆;王雨;王正強;樊自甫;楊雄清
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W72/08
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅

本發明請求保護一種IQI條件下中繼協作NOMA系統的和速率優化方法，包括：初始化C?NOMA系統中的基站最大發射功率，中繼最大發射功率，信道增益，高斯噪聲標準差，和速率初值；通過引入IQI模型和IQI系數來建立中繼協作NOMA(Cooperative NOMA，C?NOMA)系統的信噪比以及和速率的目標函數模型，在保證每個用戶的服務質量(Quality of service,QoS)的情況下對目標函數來進行優化。根據目標函數的特性，令基站發送端和中繼都以滿功率運作，采用推導證明，令信道條件較差的用戶恰好滿足系統的QoS，確定整個IQIC?NOMA系統的優化和速率功率分配。本發明具有穩定性強，實用性強的優點。

技術領域

本發明屬于NOMA技術領域，具體是基于IQI條件下中繼協作NOMA系統的和速率優化方法。

背景技術

隨著物聯網的快速發展，未來的無線通信技術需要提供大量的物聯網設備，滿足高頻譜效率和低時延的要求。NOMA作為一種重要的多址技術，可以顯著提高系統的頻譜效率，并且利用SIC技術消除用戶之間的干擾。此外，它在確保用戶公平性方面也發揮著重要作用。

協作中繼傳輸也是未來無線通信網絡的另一項有前途的技術，因為它提高了系統可靠性，擴展了網絡覆蓋范圍，減輕了信道損傷，并確保了高服務質量(QoS)。無線網絡中的中繼輔助通信更具吸引力，尤其是由于深度衰落、嚴重的陰影遮擋或距離超出源的范圍，基站和移動終端之間沒有直接鏈路。因此，對雙跳中繼系統的研究似乎是一個有吸引力的研究領域。

由于許多設備都配備了無線功能，并且無線產品的價格壓力很大，直接轉換架構的概念對于放大中繼來說非常有用，可以滿足這些要求。然而，眾所周知的直接轉換結構假設一個非常理想的射頻前端。實際上，射頻損傷會降低系統性能，例如高功率放大器(HPA)非線性、同相和正交相位(I/Q)不平衡(IQI)、低噪聲放大器(LNA)非線性、天線耦合、相位噪聲(PN)和載波頻率偏移(CFO)。特別是，IQI表示I和Q分支中模擬元件之間的不匹配，這是模擬硬件精度有限造成的，可能與頻率無關，也可能與頻率有關。與頻率無關的IQI主要是由非理想混頻器和移相器引起的，并且在整個信號帶寬內保持不變，而與頻率相關的IQI是由I和Q低通濾波器不匹配引起的。對于正交頻分復用系統，由于圖像子載波干擾，IQI嚴重降低了系統性能。然而，也有很多不考慮IQ imbalance的功率分配問題。在實際情況中，不能忽視通信系統中的IQ imbalance。

Alexandros-Apostolos和A.Boulogeorgos在《Optimal Power Allocation forOFDMA Systems Under I/Q Imbalance，in IEEE Signal Processing Letters,vol.23,no.11,pp.1677-1681,Nov.2016》中分析了傳統正交頻分復用系統中只有接收端受到IQI的功率分配問題，該方法提高了系統的穩定性但是沒有考慮發送端的IQI以及缺少中繼來提高系統的性能。

Jingya Li等人在《I/Q Imbalance in Two-Way AF Relaying,in IEEETransactions on Communications,vol.62,no.7,pp.2271-2285,July 2014》中考慮了放大中繼存在IQI條件下的功率分配問題，該方法提高了系統的中斷性能，可是忽略了基站和接收端存在的IQI以及沒有將NOMA應用于系統之中。

基于以上的分析，本發明同時考慮了接收端和發送端同時存在IQI的中繼協作NOMA通信系統，假定系統擁有完美的CSI，并且將接收用戶設計為一個遠用戶和一個近用戶通過中繼同基站進行通信，本發明針對整個C-NOMA系統，以最大化和速率為準則，提出了一種基于IQI的新的資源分配方法。

發明內容

本發明旨在解決以上現有技術的問題。提出了一種IQI條件下中繼協作NOMA系統的和速率優化方法。本發明的技術方案如下：