[发明专利]一种基于认知无线电双向中继的非正交多址传输方法

说明书

本发明公开了一种基于认知无线电双向中继的非正交多址传输方法。该方法首先通过认知无线电双向中继网络模型，定义了在保证用户服务质量和最小能量捕获等约束下系统能效的评价指标；并通过优化双向中继发射功率分配，用户接收功率分配因子和中继发射功率最终得到一种能够最大化能效的认知无线电双向中继的非正交传输方法。本发明不但提高了系统频谱资源的利用率，同时也提高了系统能源利用率。

技术领域

本发明属于无线通信领域，尤其涉及认知无线非正交多址传输能效优化方法。

背景技术

随着无线通信技术的发展，对于无线频谱资源的需求的不断增加与频谱资源的稀缺之间的矛盾不断的加剧，但是实际的测量结果表明大量授权频谱利用率很低，为了提高频谱利用率，认知无线电作为提高频谱利用率的关键技术而得到广泛的关注，同时非正交多址作为另一种提高频谱效率的技术广泛的用于多用户传输过程中，将非正交多址技术应用到认知无线电网络中既提高了频谱效率又增加了用户接入数量。

然而CR-NOMA系统在信号传输过程中有两方面问题亟待解决，一方面由于为了减少对主用户产生的干扰，次用户的发射功率受限，从而影响其长距离传输。另一方面NOMA用户的大量接入，产生了大量的能源消耗，能源利用率较低，同时认知网络中有限的能源限制了网络容量进一步提高。

针对CR-NOMA系统中次用户功率受限问题，通过CR-NOMA中增加中继协助用户传输可以有效地改善这一情况。现有的研究中，有的通过全双工中继辅助次用户传输，并利用系统的吞吐量作为系统评价的性能指标，为了进一步提高次用户传输系统的可靠性，采用中继选择的方式，挑选性能较好的中继辅助次用户传输。有的从多天线的天线选择上入手，提出了一种新的放大转发CR-NOMA系统的联合中继和天线选择策略，并且分析协作CR-NOMA网络的中断性能。然而以上研究均是通过单向中继辅助用户传输，相同时隙内中继只能发送或接收来自同一方向的信息，传输速率相对较慢，并且没有考虑系统能耗方面的影响，相同的发送功率和总体能量消耗的条件下系统能效相对比较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为提高CR-NOMA系统的能源效率，本发明公开了一种基于认知无线电双向中继的非正交多址传输方法

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明公开了无线通信系统中一种基于认知无线电双向中继的非正交多址传输方法，包括如下步骤：

1、基于认知无线电双向中继的非正交多址传输方法是一种提高频谱资源利用率和能源效率的有效传输方式，其具体包括如下步骤：

步骤A，本发明主要考虑的是CR-NOMA网络，根据传输机制确定基于双向中继的认知无线非正交多址(CR-NOMA)传输系统模型，并计算各个节点的接收信号。

步骤B，根据用户和中继的输入输出信号计算对应的传输速率为和次用户传输系统能耗值。

步骤C，根据次用户节点传输速率和总体能耗模型，确定系统关于次用户能效的评估指标。

步骤D，将安全能效变为等式最优问题进行求解，并通过优化功率分配和中继发射功率最优系统安全能效。

步骤E，通过联合优化算法以得到系统能效的最优解

其中，步骤A具体包括：

A1，构建基于认知无线电双向中继的非正交多址传输方式的系统模型，该模型中包含一对主用户，主用户发送(PT)和主用户接收端(PR)，两对次用户，一个双向中继(TWR)。两对次用户之间通过TWR进行信息交换，进行信息交换的过程中采用NOMA的传输方式。

A2，对步骤A1的系统模型，计算用户1和用户2