基于SWIPT的全双工MIMO-NOMA系统传输方法研究

发布时间：2020-04-07 09:15

【摘要】：随着无线通信技术的发展,无线系统的频谱资源变得紧张,近年来出现的非正交多址接入(NOMA)技术,全双工(FD)技术与多入多出(MIMO)技术等可有效提高系统频谱利用效率。由于无线设备的电池容量的有限性,通信技术的发展对电能的供应也提出了巨大考验,在某些特定场景下设备无法及时更换电池或接入电源可能导致系统通信受限乃至中断。无线携能传输(SWIPT)技术可提高系统的能量效率,并能将FD技术中影响系统性能的自干扰(SI)再利用。并且由于无线信道的开放性、广播性、时变性,信息极易遭受窃听,在保证物理层安全传输下的能效研究尤为重要。本文采用发射波束成形向量与功率分割比联合优化,对基于SWIPT的全双工MIMO-NOMA系统的传输性能进行研究。首先,针对基于SWIPT的FD-NOMA系统传输方案展开研究。针对配置FD天线的双用户协作下行SWIPT-NOMA传输系统,提出了将此系统内普遍被认为对系统性能造成严重干扰的SI进行能量回收。以系统能量效率最大为优化目标,在保证能量收集与QoS的条件下,通过应用Dinkelbach理论将优化目标分式转化为两个物理量之差。采用半定松弛(SDR)将问题重构后使用基于AGM的迭代凸近似算法对发射波束成形向量与功率分割比联合优化,使系统内能量的利用与信息速率达到一种折中。仿真验证该方案在能量效率方面的优势。其次,针对基于SWIPT的FD-NOMA系统安全传输方案展开研究。针对有窃听者存在的配置FD天线的双用户协作SWIPT-NOMA传输系统,同样将SI进行再利用并将物理层安全能效作为系统性能衡量指标,同时联合优化发射波束成形向量及接收机功率分割比。鉴于优化问题非凸且变量间高度耦合,联合求解波束成形与功率分割比通常采用CCCP算法,本研究提出了一种改进的粒子群算法,相对于传统求解方法计算更为简单。并且根据仿真结果验证,在基站发射功率与用户中继处发射功率同为500mW时,相对于未充分利用SI的EH方案,提出的方案可将能效值提高9.4371bits/J,性能更优。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN92

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本文编号：2617724