[发明专利]认知星地网络中基于非正交多址接入的解码功率分配策略

说明书

本发明提供一种认知星地网络中基于非正交多址接入的解码功率分配策略，属于星地融合网络通信技术领域。构建基于非正交多址接入的覆盖式认知星地融合中继网络模型；根据传输模型可以得到接收端瞬时可实现速率的表达式，保证主次网络的始终连通或优先保证主网络连通，在不同的解码顺序下求得使次级网络可实现速率最大的功率分配因子，比较不同解码顺序下最大的可实现速率，得到最优的联合解码功率分配策略；最后基于得到的全局最优可实现速率，推导得到主网络和次级网络的中断概率的精确和渐进的表达式，从而评估系统的性能。本发明在基于优先级的NOMA系统中首先保证高优先级用户的QoS的前提下进行联合优化，在实际的星地融合中继网络中有更广泛应用。

技术领域

本发明属于星地融合网络通信技术领域，具体涉及一种认知星地网络中基于非正交多址接入的解码功率分配策略。

背景技术

卫星通信(SatCom)具有全天候运行、长距离传输、无缝覆盖等优势,在无线通信网络未来的发展中具有广阔的应用前景。由于星地融合中继网络 (ISTRNs)能够提供全面而方便的服务,已经成为下一代通信网络和物联网(IoT) 中一种有前途的网络架构。

基于认知无线电(CR)的ISTRN系统由主网络(卫星-卫星用户)和次级网络(地面基站-基站用户)两部分组成，次级网络作为中继协助主网络通信，利用非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)向两个网络的用户同时发送信号，可以看作具有优先级的NOMA系统。在传统的 NOMA系统中，功率总是根据信道条件进行分配。但是，基于优先级的NOMA 系统应该保证高优先级用户的服务质量(QoS)。实际上，通过优化功率分配，可以保证高优先级用户的QoS，在此基础上，对信号的解码顺序进行优化可以使系统达到最优性能。实际上，已有的一些工作研究了解码顺序和功率分配的联合优化，但没有严格考虑高优先级用户的QoS，且上述工作均在地面网络中进行，在ISTRN中还没有进行过类似的工作。基于上述讨论，本发明提出了基于NOMA和CR的ISTRN的联合解码功率分配策略。

发明内容

本发明的目的是提供一种认知星地网络中基于非正交多址接入的解码功率分配策略，解决ISTRN的快速发展，大规模网络的建立和终端数量的指数级增长将导致频谱资源的严重短缺的技术问题。为了解决上述问题，将认知无线电(CR)和非正交多址(NOMA)技术应用于ISTRN中被认为是提高频谱利用率和应对大规模用户问题的有效途径。

认知星地网络中基于非正交多址接入的解码功率分配策略，就是将中继作为次级用户，在保证主网络QoS的同时，最大化次级网络的可实现速率。

实现过程包括如下步骤如下：

步骤1、构建基于非正交多址接入的覆盖式认知星地融合中继网络模型，它由一个主卫星源(S)和一个次级地面发射器(R)以及它们对应的接收器 (U和D)组成，如图1所示。

本发明考虑了一个基于NOMA的认知星地融合中继网络(cognitive integratedsatellite relay networks，CISTRN)模型，它由一个主卫星源(S)和一个次级地面发射器(R)以及他们对应的接收器(U和D)组成。假设由于严重的阴影效应(例如障碍物)，卫星和用户之间没有直传链路。因此，需要次级网络作为中继来协助从S到U的信号传输。作为回报，R能够使用S的授权频率与D进行通信。其中，R采用NOMA方案同时传输U和D的期望信号。

整个传输过程包含两个阶段。在第一阶段中，S向R传输自身信号，R处收到的信号可以表示为:

/

其中，P_s表示卫星的传输功率，x_s表示卫星信号，并且E(|x_s|²)＝1，n_r表示加性高斯白噪声(AWGN)。

从式(1)可得，x_s在R处的可达速率为