多用户认知非正交多址接入系统中断性能分析及功率分配算法

非正交多址接入(NOMA)是5G网络关键候选技术之一,其与认知无线电(CR)技术相结合形成系统(CR-NOMA),能够实现更高的频谱效率及更大的吞吐量。该文将直传与中继协同传输(CDRT)方案引入多用户CR-NOMA系统,其中CDRT表示次级源(SS)直接与近端次级用户通信,而仅通过中继(R)与多个远端次级用户通信。在非理想自干扰消除和全双工(FD)中继情况下,推导了每个NOMA用户中断概率(OP)的精确闭式表达。此外,在该系统模型下分析SS, R和用户的收益最优化问题,提出一种基于收益的两阶段迭代功率分配算法。仿真结果显示,在高信噪比(30 dB)条件下,与随机功率分配及平均功率分配方案相比,该文所提算法的用户和速率、SS总收益、R总收益分别可最高提升13%, 56%及26%。蒙特卡罗仿真验证了理论分析与实验结果的一致性。     

非完美条件下的非正交多址接入星地融合网络性能分析

随着星地融合网络(ISTNs)的快速发展,大量的传感器和无线设备都有无线服务的接入需求,从而对星地融合网络的频谱效率和服务质量提出了新的挑战。不同于传统的正交多址接入技术,非正交多址接入(NOMA)技术可在相同的频率下传输不同用户的信号,其被认作为提高星地融合网络频谱效率的有效方法,从而被广泛研究。目前,针对NOMA和星地融合网络的研究大多都是在理想条件下进行的,由此该文研究更加实际的情况,即在非完美串行干扰消除(SIC)、信道估计误差和同频干扰下,对星地融合网络的性能进行研究。该文在假设卫星端和地面端均采用多天线的前提下,推导了系统遍历容量的闭式表达式,验证了非完美条件对于系统性能的影响。同时蒙特卡罗仿真验证了理论分析和推导的正确性。     

基于功率最小化的IRS辅助上行NOMA系统资源分配方法

对于智能反射面(IRS)辅助的单簇上行非正交多址接入(NOMA)系统,该文提出一种最小化系统总功率的资源分配方案。首先构建最小化总功率的优化问题,优化参数为用户功率和IRS相移;然后,推导单个用户所需的功率与信道、用户的速率需求以及IRS相移之间的关系,将功率与相移的联合优化问题分解为多个包含单个参数的子优化问题;其次,采用迭代的方法求解所有的IRS相移,在每次迭代过程中,依次求解包含单个参数的子优化问题;最后,根据迭代得到的IRS相移计算出每个用户所需的最低功率。仿真结果显示,在速率需求相同的条件下,所提方案所需的总功率低于相同场景中的已有方案。     

面向星地融合卫星网络的智能反射面技术研究

星地融合卫星网络建设正成为各国关注的焦点,通过融合地基通信网络与天基通信网络,两者可以实现业务和覆盖互补,为未来通信系统提供有力支持。然而,卫星网络建设过程中存在诸如安全性、信号路损严重、高动态时变和传输能耗受限等问题。为了以低成本、低功耗的方式解决以上问题,文中考虑在星地融合卫星网络中应用智能反射面技术。智能反射面技术在地基通信网络中已得到广泛研究,因此,有望拓展应用于星地融合的卫星网络系统,继续发挥其潜在优势。文章深入分析了智能反射面技术在星地融合卫星网络中的应用前景,并给出潜在的应用方向,指出了该技术应用于星地融合卫星网络中需解决的关键问题。     

IRS辅助的NOMA无人机网络安全速率最大化算法

该文研究了智能反射面(IRS)辅助基于非正交多址接入(NOMA)技术的无人机(UAV)网络中的安全传输。为了使系统安全速率最大化,该文提出联合优化无人机位置、串行干扰消除解码顺序、IRS反射矩阵和UAV发射功率的资源优化问题。由于优化问题是一个混合整数非凸优化问题,该文提出一种基于块坐标下降的迭代算法,将原问题分解为3个子问题,采用基于惩罚、半正定松弛和连续凸逼近的方法求解子问题。仿真表明,所提算法的系统安全速率优于没有IRS辅助的NOMA方案和没有IRS辅助的正交多址方案。     

两级中继选择的协作CR-NOMA网络性能分析

本文研究了中继选择方案对协作下认知非正交多址（CR-NOMA）网络中断性能的影响,提出了一种两级中继选择方案。第一时隙在保证主用户服务质量的基础上,次级网络源节点向认知中继集群广播叠加信号。第二时隙认知中继提供解码转发服务,协助源节点传输信息。基于上述假设,推导了次级用户中断概率的闭合表达式并给出了分析结果。证明相比于部分中继选择策略,两级中继选择策略可以达到更好的中断性能和更大的分集增益。同时本文的分析结果验证了备选中继节点数目和功率分配因子对系统中断性能的影响,蒙特卡罗仿真验证了理论结果。      

D2D辅助的协作中继NOMA系统中TSRS策略及其中断性能分析

该文研究了D2D辅助的协作中继NOMA（DC-NOMA）网络,在中继用户（RU）转发信息的第二时隙,利用RU到蜂窝中心用户（CCU）的D2D通信链路传输新的信号。为了提高传输可靠性,设计了新的信号检测策略,通过完全利用边缘信息消除了用户间的干扰。基于新的信号检测策略,提出了一种两阶段中继选择策略（TSRS）。在满足蜂窝边缘用户（CEU）可靠接收的中继集合中,选择使CCU成功解码概率最大的中继。为了评估所提出的DC-NOMA方案,推导了每个用户的确切中断概率且通过仿真得到验证。仿真结果表明,在高信噪比区域,该文所提出的基于新的信号检测策略的DC-NOMA在TSRS方案下的中断性能优于部分中继选择方案（PRSS）和传统的DC-NOMA。特别地,增大中继数量可有效提高DC-NOMA系统的中断性能。      

两阶段中继选择策略下SWIPT-CR-NOMA网络的中断性能分析

针对采用无线携能传输(SWIPT)的多中继协作底层认知NOMA网络,提出一种基于NOMA和串行干扰消除协议的两阶段中继选择策略(TSRS).在保护主用户的干扰温度限约束下,次级网络源节点和最优中继均以固定功率分配生成多用户叠加信号向下一跳链路发送,最优中继采用功率分割方案采集能量,只利用从第一跳链路采集到的能量提供解码...     

支持多个多播组业务的多中继协作NOMA系统中断性能研究

提出在协作非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)系统中使用多中继方案支持主用户和多个多播组业务。考虑在瑞利信道下,从每个多播组中选出信道条件最好的次级用户作为中继节点协助解码转发目标单播主用户的信号,在主用户处使用最大比合并(maximum ratio combining,MRC)技术以提升信干噪比(signal to interference and noise ratio,SINR)。分别对全双工和半双工模式下应用多中继同时转发(multi-relay simultaneous forwarding,MRSF)和最优中继转发(optimal relay forwarding,ORF)两种策略的主用户中断概率进行理论分析并通过蒙特卡洛仿真验证。结果显示,全双工对半双工中继具有性能优势,并发现对相同个数多播组,MRSF策略相比ORF策略可有效提升单播主用户的中断性能且随多播组个数增加变得更显著。     

全双工认知NOMA网络下中继选择策略性能分析

本文把非正交多址接入(NOMA)技术与认知网络相结合,提出了一种基于多中继选择的认知NOMA网络模型。考虑了在瑞利衰落信道下,主网络借助次级网络中的全双工中继实现可靠通信,作为回报,次级网络允许接入授权频谱来传输次级信号。中继同时接收主次信号后,采用串行干扰消除技术(SIC)依次解码主次信号,并根据NOMA协议转发信号到主次用户端。推导了在两种中继选择策略下认知NOMA网络中断概率,并通过了蒙特卡罗仿真验证。仿真结果表明,两阶段中继选择策略和全双工技术能有效提高系统中断性能。      

多用户多中继系统下协作NOMA的中断性能

在基于非正交多址接入技术(NOMA)的多用户多中继协作中继网络中,为优先满足混叠信号中的时延敏感信息的服务质量(QoS)需求,对功率因子进行了简单分析,进而找到了关于信道增益的解码限制条件。在给定中继的情况下,根据解码限制条件建立用户集合,进而找到可以使高QoS信号速率最大化的用户中继对作为最佳“用户-中继”来传递信号。并且对该“用户-中继”选择方案下的系统中断概率的表达式进行推导并求出了其渐进式。仿真结果验证了推导结果的正确性,系统的中断概率随着节点数目的增多而降低,而当信噪比趋于无穷时,系统的分集增益取决于用户数目和中继数目。且与已有文献进行对比,本文提出的用户中继匹配方案的中断性能相对较好。     

认知中继网络中认知用户基于频谱感知机会中继的中断性能分析

认知无线电中继网络中,认知用户需要成功感知到其所在簇内的主用户频谱空穴后才能成为认知中继节点,且各认知中继节点发射功率受到各自主用户干扰温度限制(ITC)。该文对认知中继节点采用分布式空时编码和解码转发协议时认知用户的中断性能进行了分析;给出了认知用户在干扰温度限制下中断概率的上下界,得出中断概率的上下界在不同干扰温度限下与认知用户归一化数据速率、中继数量和其对主用户检测概率的关系。给出了源节点和频谱感知中继节点在相同干扰温度限下的数值仿真,并对仿真结果进行了分析。     

基于解码转发CR-NOMA协同系统物理层安全性能分析

分析了认知无线电（Cognitive Radio,CR）非正交多址（Non-orthogonal Multiple Access,NOMA）网络中的物理层安全性能。考虑到现有窃听者,支持NOMA的CR通过Nakagami-m信道以解码转发协作模式传输数据。为了分析CR-NOMA物理层安全性能,通过连接中断概率和安全中断概率的闭式表达式来评估CR-NOMA的安全性能。此外,通过蒙特卡罗模拟仿真以验证推导出的分析结果,并深入分析了参数对系统性能的影响。     

能量收集认知多跳中继网络中断性能分析及优化

针对能量收集认知无线网络中的多跳中继传输问题,该文构建了一种新的具有主网络干扰的功率信标(PB)辅助能量收集认知多跳中继网络模型,并提出单向传输方案。在干扰链路统计信道状态信息场景下,推导了次网络精确和渐近总中断概率闭合式。针对精确总中断概率表达式的复杂性和非凸性,采用自适应混沌粒子群优化(ACPSO)算法对次网络总中断性能进行优化。仿真结果表明,PB功率、干扰约束、次网络跳数、能量收集比率、主接收端数目和信道容量阈值等参数对中断性能影响显著,所提算法能快速和有效地对网络中断性能进行优化。     

能量收集认知多跳中继网络中断性能分析及优化

针对能量收集认知无线网络中的多跳中继传输问题,该文构建了一种新的具有主网络干扰的功率信标(PB)辅助能量收集认知多跳中继网络模型,并提出单向传输方案.在干扰链路统计信道状态信息场景下,推导了次网络精确和渐近总中断概率闭合式.针对精确总中断概率表达式的复杂性和非凸性,采用自适应混沌粒子群优化(ACPSO)算法对次网络总中断性能进行优化.仿真结果表明,PB功率、干扰约束、次网络跳数、能量收集比率、主接收端数目和信道容量阈值等参数对中断性能影响显著,所提算法能快速和有效地对网络中断性能进行优化.     

基于NOMA场景的多用户调度物理层安全性能分析

针对NOMA系统传输模型,提出了基于NOMA通信场景下的多用户调度策略,对非窃听中继和窃听中继2种场景分别进行研究分析,推导计算出2种场景下OMA与NOMA系统安全中断概率数学闭合表达式,并进行对比分析。分析和仿真结果表明通过增加主信道信噪比(SNR)和发送用户数目可以有效提高系统安全性能,分析表明同等情况下基于NOMA系统的安全中断概率总是低于OMA系统,并且这种优势随着主信道SNR的增加、窃听信道SNR的减小而更加显著。     

基于上行非正交多址接入技术的星空地融合网络性能分析

针对光电混合的星空地融合网络上行链路,该文研究了多天线波束成形技术和上行非正交多址接入(NOMA)技术相结合的系统遍历和速率性能。首先,在无人机采用多天线和上行NOMA技术条件下,为实现系统和速率最大化,提出了一种基于统计信道状态信息的波束成形方案。接着,假设卫星-无人机链路采用自由空间光链路且服从伽马-伽马衰落,无人机-地面用户链路采用射频链路且服从相关瑞利衰落,推导了系统和速率的闭合表达式。最后,通过数值仿真验证了理论分析的正确性。仿真结果表明,与正交多址接入(OMA)方案相比,所提方案提高了系统性能,并且与基准波束成形(BF)方案相比,所提方案具有更好的性能优势。     

全双工窃听者主动干扰的协作NOMA网络性能分析

研究了瑞利衰落信道下协作非正交多址系统的安全性能。通信过程由一个时隙构成,源节点向中继广播叠加信号,全双工中继使用串行干扰消除技术解码信号协助用户通信。假设存在潜在全双工主动窃听者,窃听者能够从中继处截获信息并同时向用户发送人工噪声进行干扰。基于上述假设,在高信噪比条件下,推导了安全中断概率的近似表达式,分析了各节点传输信噪比与功率分配因子对系统中断概率的影响,分析结果与蒙特卡洛仿真结果吻合。     

基于STBC的无线认知NOMA系统物理层安全性能研究

基于非正交多址接入（NOMA,Non-Orthogonal Multiple Access）的认知无线电（CR,Cognitive Radio）网络物理层传输面临主用户干扰和第三方窃听双重干扰威胁.本文提出利用空时编码（STBC,Space Time Block Coding）技术提高认知用户物理层安全性能,推导了任意认知用户的安全中断概率闭合表达式.通过蒙特卡洛仿真进行验证,结果表明,所提STBC-CR-NOMA相比未采用STBC编码方案的CR-NOMA可以明显提高用户的安全中断概率,且随着认知发射功率的增大,近端用户安全中断性能提高越大,而远端用户安全中断性能提升受认知基站发射功率的影响较小.仿真结果还表明,通过调整功率分配系数对远端用户和近端用户的安全中断性能影响不同.     

非理想条件下认知非正交多址接入系统中断性能研究

为满足网络需求,提高系统频谱利用率,该文提出一种覆盖式认知非正交多址接入(CR-NOMA)网络。考虑实际中非线性功率放大(NLPA)、非理想连续干扰消除(ipSIC)和非完美信道状态信息(CSI)等非理性因素,研究所提网络的可靠性能,推导出系统中断概率(OP)和系统吞吐量的解析表达式,并进一步分析高信噪比下中断概率的表达式、理想状态下中断概率的高信噪比(SNR)近似、分集阶数。分析及仿真结果表明：NLPA, ipSIC和信道估计误差参数对系统中断概率性能有负面影响;中断概率随着信噪比的增加而减小,在高信噪比下收敛到一个固定常数;中断概率随着功率分配系数的改变也会产生相应的变化。