[发明专利]基于NOMA下行链路的无线携能通信系统能效优化方法

说明书

本发明公开了一种基于NOMA下行链路的无线携能通信系统能效优化方法，首先建立基于NOMA下行链路的无线携能通信系统，系统部署一个基站BS以及K个用户，每个用户都包含信息能量接收机；给定约束条件：基站最大发射功率P_max、每个信息接收机所需的最低信息速率R_min以及每个能量接收机的最小采集功率E_min；接收端采用时隙切换(TS)的方案实现信息与能量的同步传输，并在信息接收端采用串行干扰消除(SIC)技术；通过对发射功率与时隙切换因子α进行联合优化，得到最佳的分配方案，实现系统能效最大化。本发明与OMA系统或基于相同系统的速率优化问题相比，在保证满足所有相同约束的情况下，能够获得更高的系统能效。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更具体地，涉及一种基于NOMA下行链路的无线 携能通信系统能效优化方法，属于绿色通信的范畴。

背景技术

随着移动通信的普及和发展，日益增长的流量需求与日益匮乏的自然资源(包括频谱资源和能量资源)两者的矛盾成为无线通信领域发展的瓶颈。如何提高无线通信 系统的频谱效率和能量效率成为下一代移动通信的关键问题。

NOMA(Non-orthogonal Multiple Access，非正交多址接入)技术，能够使多用户共享同一频谱资源，通过给用户分配不同的功率来实现功率域复用，采用SIC (SuccessiveInterference Cancellation，串行干扰消除)技术来消除来自其他用户的干扰， 这些在提高系统容量和频谱利用率方面的优势，使得NOMA技术成为下一代移动通信 多址技术的热门候选之一。

而SWIPT(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer，无线携能通信) 技术，充分利用射频信号同时携带信息和能量的特点，在实现无线信息传递的同时，具备收集射频信号中不携带信息的能量并给移动终端充电的功能，从而在一方面避免 了能量资源的浪费，另一方面可以延长能量受限网络的使用周期，实现节能减排、降 低功耗的绿色通信。

因此，NOMA与SWIPT的结合，对于解决无线通信技术发展的矛盾起到“双管齐 下”的作用。现有研究大部分是针对单一的NOMA系统或SWIPT系统的能效优化问 题，或者是以两者相结合的系统总数据率最大化为目标的优化问题，缺少对于两者相 结合的系统能效优化的研究，在进一步提高系统能量效率方面也是一个非常值得关注 的话题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种基于NOMA下行链路的无线携能通信系统能效优化方法，所述方法在满足每个用户对于服务质量需求(包括最小数 据率和最小采集功率)以及发射功率受限的前提下，确定了提升NOMA+SWIPT系统 能效的功率与时隙联合分配方案。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种基于NOMA下行链路的无线携能通信系统能效优化方法，所述方法通过以下步骤实现：

S1、建立基于NOMA下行链路的无线携能通信系统，系统部署一个基站BS和K 个用户；每个用户都包含一个信息接收机和能量接收机，采用TS方案实现信息传递和 能量传输的结合；信息接收端采用SIC技术进行信息解调；

S2、针对步骤S1建立的系统模型，建立系统能效优化问题，包括优化变量、约束 条件和目标函数；其中优化变量为发射功率P_k(k＝1,…,K)和时隙切换因子α；约束条 件为基站最大发射功率P_max和用户的需求(包括最小信息传递速率R_min和最小采集功 率E_min)；目标函数为系统能效，即系统总数据率与消耗总功率之比；