基于无线携能的NOMA协作网络资源分配研究

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随着无线通信技术飞速发展,用户的高数据速率、高服务质量需求与频谱资源短缺的矛盾日益突出。将非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术引入认知无线电网络构建NOMA协作网络,网络中的认知用户作为中继协助主用户进行传输,同时利用NOMA技术在主用户的频段传输自己的信息,在节省传输时间的同时,可以显著提高频谱效率。然而,当网络中的认知用户为设备直通(Device-toDevice,D2D)用户或者传感器节点等能量受限节点时,在参与协作时还需要消耗自身能量,使得能量受限问题更加突出。因此,如何持续提供能量仍然是NOMA协作网络中存在的一个热点研究问题。同时,为了有效使用日益稀缺的无线资源并提高网络的传输速率,对NOMA协作网络资源分配问题的研究是十分必要的。本文主要研究基于无线携能的NOMA协作网络资源分配问题。首先,将能量收集技术引入NOMA协作网络提出了基于无线携能的NOMA协作网络模型;其次,研究该网络中的资源分配问题,通过优化认知用户接收端的功率分割因子来提升系统性能。另外,传输过程中涉及到能量收集过程和协作过程,第一时隙是能量收集过程,其传输时间决定了能量收集的量;第二时隙是协作过程,能量收集的量决定之后协作过程的质量,协作过程的质量直接影响到认知用户的传输速率。在本模型中,单位传输时间一定时,如何合理的分配能量收集时隙与协作时隙是一个显著的问题。针对以上问题,本文考虑能量收集过程和协作过程的特性,对容量最大化问题进行建模,以最大化认知用户传输速率为优化目标,传输时隙、认知用户接收端的功率分割因子为优化变量,构建出关于二元变量的优化问题;为了降低问题的复杂度,采用分步式方法将问题简化为只与传输时隙有关的一元优化问题;最后,针对优化问题设计了最优自适应时隙优化算法进行求解,但最优化算法时间复杂度较高,为了进一步改善算法效率,提出了启发式自适应时隙优化算法。最终仿真结果表明,相较于传统的认知无线电网络,本文所提出的模型在系统速率和能效方面有显著的优势,同时,设计的最优化自适应时隙优化算法可以得出问题的最优解,而启发式自适应时隙优化算法收敛速度更快、时间复杂度更低。
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