[发明专利]一种基于NOMA的联合内容推送和传输的设计方法

说明书

本发明提出了使用非正交多址(NOMA)技术进行联合的内容推送和传输的设计方法。辅助节点可以缓存部分文件，并实现无线携能通信(SWIPT)功能。传输方案划分为两个阶段。在第一个阶段，基站通过NOMA的方式将叠加信号传送给小区中心用户和辅助节点，来实现内容传输和推送。在第二个阶段，辅助节点使用收集到的能量进行内容缓存，并为小区边缘用户传送内容。在该传输策略下，本发明构建了和速率最大化问题。由于原问题的非凸性，本发明采用内外层优化的方法求解该问题。在内层优化中，采用半正定松弛以及连续凸近似等方法，将原问题转化为凸问题求解，可以得到最佳的基站发射波束成形矢量；在外层优化中，采用一维线性搜索的方法获得最佳的功率分离因子。

技术领域

本发明涉及在可缓存蜂窝网络中，同时实现内容传输和推送的传输方案设计。确切地说，通过联合设计基站的波束成形矢量和辅助节点的功率分离因子，在保证所有用户接收到的信号满足最小信干噪比(SINR)要求的前提下，使小区中心和边缘用户的和速率达到最大，属于无线通信领域的技术。

背景技术

近几年来，由于智能设备的快速发展和普及，移动数据流量飞速增长，在这其中将会有超过78％的数据产生于实时视频业务。然而，在这些海量的视频数据中，存在大量冗余的内容，即同一视频流会在一段时间内被多次传送，这将会大大增加系统的能量消耗和用户的服务时延。为了解决上述提到的内容复用问题，无线缓存被视为行之有效的技术，并得到了工业界和学术界的广泛关注。

无线缓存是指在业务空闲时段提前将受欢迎的视频内容放置在网络边缘节点(比如基站或者用户设备)的本地缓存器中。当用户需要的内容可以在本地存储器中获取时，将不通过回程链路向核心网请求相应的内容，而是直接在本地获取相关的视频内容。这种内容传输机制将会有效地缓解回程网的业务传输负担并且降低业务延迟。目前，可以证明缓存机制在设备到设备(D2D)通信、超密集网络、异构网络以及云接入网等多种场景中均会带来较大的系统性能增益。需要注意的是，当用户的视频文件请求发生变化时，需要及时更新缓存文件，以提高缓存击中概率，提升系统性能。

由于非正交多址技术(NOMA)技术在提升频谱效率(SE)方面显示了巨大的潜力，它得到了广泛的关注，并被视作未来通信中的关键技术。通过NOMA，众多用户可以在相同的资源块上同时被服务，并且会为不同的用户分配不同的发射功率。除了SE，能量效率(EE)也被当作关键的系统性能指标。通过从周围的射频信号中收集能量，网络的EE可以得到改善。因此，无线携能通信(SWIPT)技术得到了广泛的研究和重视。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是在可缓存的蜂窝网络中，实现基于NOMA的联合内容推送和传输方案设计。本发明考虑的是下行的蜂窝网络，包括一个基站、一个辅助节点和两个用户。基站位于小区中心，辅助节点位于小区覆盖范围内，两个用户分别位于小区中心用户和小区边缘。基站可以通过下行NOMA传输的方式实现联合的内容推送和传输，辅助节点更新缓存内容，收集来自基站的能量，并将收集到的能量用于向小区边缘用户传送所需内容。本发明可以很方便地扩展到更多用户的场景。所述方法包括下列四个操作步骤：

(1)辅助节点部署：辅助节点可以是网络中的微基站、中继节点或者D2D设备等，需要为它配备一定的缓存空间，并提前缓存受欢迎的内容文件。同时，该节点还可以实现SWIPT功能。具体来讲，该节点可以接收来自基站的发射信号，一部分的信号能量用于信号解码，该部分能量所占总能量的比值，用β表示，并称β为功率分离因子。(1-β)部分的信号能量被收集储存起来。

(2)基站叠加信号传输：在第一个阶段，通过下行NOMA传输，小区中心用户和边缘节点所需的数据符号叠加传送给小区中心用户和辅助节点，以实现联合的信息传输和内容推送。