[发明专利]一种基于SCMA的认知MIMO系统能效优化方法

说明书

本发明公开了一种基于SCMA的认知MIMO系统能效优化方法，包括：在认知MIMO网络中建立系统模型；问题构建及优化：将多个次用户系统的能耗求解的非凸问题转化为时间分配优化的凸问题；目标函数求解：采用两种方法对时隙进行分配优化，分别为：基于TDMA的正交时隙分配优化；基于SCMA的非正交时隙分配优化。本发明采用两种方法对时隙进行分配优化：正交时隙分配优化、基于SCMA的非正交时隙分配优化，通过求解每个次用户的最大传输速率，可以得到每个次用户需传输数据的最小时间需要；在满足次用户最小时隙要求下，通过对TDMA的正交时隙分配优化，就可以求得多个次用户的次系统总的能量消耗。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于SCMA的认知MIMO系统能效优化方法。

背景技术

未来的无线通信系统具有连续广域覆盖、热点区高容量、低能耗和海量连接等应用特点。为了满足这些需求，能量消耗的不断增加和有限的频谱供需的问题日趋突出。低能耗是减少碳排放量、延长无线设备的电池寿命和绿色通信的关键。为了充分利用频谱资源，提高频谱利用率和降低能耗，提高能效(EE，Energy efficient)，本文旨在时隙共享(timeslot share)、多天线的认知无线网络的能效和用户接入量。

认知无线电是一种具备动态频谱接入的智能无线通信系统，能在不影响授权用户的情况下伺机利用频谱机会，提高已分配频谱的利用率，增加系统的用户接入数，越来越受到众多研究者的关注。MIMO(Multi-input Multi-output)技术在空间域保证了次用户(没授权用户)和主用户(授权用户)共存情况下，次用户并不会对主用户链路对构成严重干扰。面向第5代(5G，fifth-generation)移动通信的稀疏码多址接入(SCMA，Sparse CodeMultiple Access)技术又为时隙共享提供了强有力的支持。由此，在同等时间资源下，认知无线网络可以同时服务更多用户。

现阶段基于TDMA的正交时隙分配，避免了次用户之间的干扰，但也限制系统了系统接入的用户数。面向下一代无线通信的非正交多址接入(NOMA，non-orthogonalmultiple access)技术，可以实现时频资源的共享，这使得用户的接入不必严格的正交，并且用户之间不会存在严重的干扰。在众多的NOMA技术中，稀疏码多址接入技术SCMA(SparseCode Multiple Access)是极具潜力的空口技术，在同等时频资源的条件下，可以实现150％、200％，甚至更多的设备连接数。为了进一步优化时隙分配，本发明提出一种基于SCMA的认知MIMO系统能效优化方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种基于SCMA的认知MIMO系统能效优化方法，本发明来分析在underlay模型下的认知MIMO系统中次用户的能耗及系统用户容量；利用MIMO技术的空分复用可以同时向基站发送多数据流，能获得比发射分集更好的能效，降低主次用户间的平均干扰；TDMA是把连续时间划分为离散的正交时隙，从而避免了多用户接入下用户之间的干扰，这将限制认知系统的用户接入量；为了不回避次用户间的干扰，本文采用了基于SCMA的非正交时隙接入方案，不但保证了次用户之间不会引起严重的干扰，在次系统接入更多次用户的条件下，还获得比正交时隙接入下更好的能效、并降低了次用户对主用户的平均干扰；在满足次用户所需速率的要求下，确保次用户的服务质量(QoS,quality of service)，次系统的用户容量也得到较大的提升。本发明方法可以实现TDMA时隙的共享，在同等时隙资源条件下，可以实现150％、200％、250％甚至更高的过载率，且次用户之间不会引起严重的干扰。仿真结果表明，在次用户数较多时，基于SCMA的非正交时隙分配，不但能够降低能耗，还降低了次用户和主用户之间的平均干扰功率；在满足次用户最小速率要求下，系统的用户容量得到较大的提升。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于SCMA的认知MIMO系统能效优化方法，其特征在于，包括以下步骤：