【摘 要】
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随着移动互联网的迅速发展,新业务的不断涌现使得移动数据流量爆炸式增长,频谱短缺问题亟待解决。区别于同一正交资源块(如时间、频率)只为一个用户提供服务的传统正交多址接入(Orthogonal Multiple Access,OMA)技术,功率域的非正交多址接入(NonOrthogonal Multiple Access,NOMA)技术利用不同的功率级别区分用户,允许多个用户同时同频传输各自的信息,从
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随着移动互联网的迅速发展,新业务的不断涌现使得移动数据流量爆炸式增长,频谱短缺问题亟待解决。区别于同一正交资源块(如时间、频率)只为一个用户提供服务的传统正交多址接入(Orthogonal Multiple Access,OMA)技术,功率域的非正交多址接入(NonOrthogonal Multiple Access,NOMA)技术利用不同的功率级别区分用户,允许多个用户同时同频传输各自的信息,从而有效提高系统频谱资源利用率,支持蜂窝网络大规模连接。因此,NOMA技术被认为是第五代(5G)通信系统中最有前景的无线接入技术之一。在无线网络中,合作通信技术由于可以提供空间分集来减轻衰落而受到广泛关注。因此,可以将合作通信技术与NOMA技术相结合,进一步提高小区边缘用户接收信息的可靠性。此外,在合作NOMA系统中,无线设备作为中继会消耗自身能源并缩短电池寿命,因此为延长能量受限的无线设备寿命寻找新的可能性也是一个不可忽视的问题。同步无线信息和功率传输(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)技术旨在实现信息和能量的并行传输,为无线应用提供可控且稳定的能量。本文将SWIPT技术应用到合作NOMA系统中,研究了基于SWIPT的合作NOMA通信系统的中断/安全中断性能,主要工作与贡献如下:(1)将协作多点(Coordinated Multipoint,Co MP)传输技术与合作NOMA相结合,研究一种基于SWIPT的Co MP-CNOMA网络的中断性能。该网络包括两个基站和三个用户,每个基站服务各自的SWIPT小区中心用户和一个共同的小区边缘用户,且基站与小区边缘用户无直接链路。每个基站采用NOMA技术将小区中心用户和小区边缘用户的信号叠加在同一信道传输给小区中心用户,小区中心用户利用串行干扰删除(Successive Interference Cancellation,SIC)技术解码两个用户的信息,并利用采集的能量转发小区边缘用户的信息。本文推导得出小区中心用户中断概率的封闭表达式,以及小区边缘用户分别采用最大比合并(Maximum Ratio Combining,MRC)技术和选择合并技术(Selection Combining,SC)技术解码信号的中断概率近似封闭表达式,分析各个因素对用户中断性能的影响。通过蒙特卡罗仿真验证了推导和分析的正确性,结果表明了与传统合作NOMA相比,Co MP-CNOMA网络能够为小区边缘用户提供显著的性能增益。(2)针对无线通信中存在窃听者的场景,研究一种基于SWIPT的合作NOMA网络的安全中断性能。该网络包括一个基站、多个小区中心用户、一个小区边缘用户和一个窃听者。假设基站与小区边缘用户无直接链路,本文提出了一种最大最小用户选择策略,即系统选择能使所有用户归一化安全速率最小值最大化的小区中心用户辅助小区边缘用户通信,两者形成一个NOMA对。被选中的小区中心用户采用SWIPT技术无线供电,并利用采集的能量转发小区边缘用户的信息。本文推导得到了该策略下系统安全中断概率的近似封闭表达式,并分析各个因素对系统安全中断性能的影响。通过蒙特卡罗仿真验证了理论结果和分析的正确性,仿真结果表明与现有文献中的中继选择策略相比,所提出的用户选择策略具有更好的系统安全性。
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