基于雙向中繼的協作非正交多址系統及性能分析方法與流程

本發明涉及無線通信，尤其涉及一種基于雙向中繼的協作非正交多址系統及性能分析方法。

背景技術：

1、隨著第五代移動通信技術(5th?generation?mobile?communicationtechnology，5g)商用的落地，移動互聯網和連接設備驅動的無線數據業務的指數級增長引發了工業界和學術界對5g移動通信網絡研究的熱潮。非正交多址(non-orthogonalmultiple-access，noma)技術以更高的頻譜利用率，成為5g最有前景的接入技術。無線系統中引入協作中繼技術可以為小區邊緣用戶提供更高的吞吐量和更好的服務質量，協作中繼中可以對一對用戶使用雙向中繼技術進行信息的交換，對比傳統的單向中繼，雙向中繼可以提供更加高效的頻譜使用效率。

2、目前，新型的協作noma系統包括一個基站、近端用戶終端、遠端用戶終端及具有放大轉發(amplify?forward，af)功能的雙向中繼節點，基站與遠端用戶終端之間通過雙向中繼節點進行信息交換。然而，具有af功能的雙向中繼節點不具備自供電功能，會存在由于能量耗盡而中斷系統服務的問題；并且，具有af功能的雙向中繼節點對接收的信號直接放大，會將信號中包含的噪聲放大后轉發到目的節點，降低了小區邊緣用戶的性能。

技術實現思路

1、本發明提供一種基于雙向中繼的協作非正交多址系統及性能分析方法，用以解決現有技術中具有af功能的雙向中繼節點不具備自供電功能，會存在由于能量耗盡而中斷系統服務的問題；并且，具有af功能的雙向中繼節點對接收的信號直接放大，會將信號中包含的噪聲放大后轉發到目的節點，降低了小區邊緣用戶的性能的缺陷。

2、本發明提供一種基于無線攜能通信雙向中繼的協作非正交多址系統，包括：基站、具有無線攜能通信功能的雙向中繼節點、近端用戶終端和遠端用戶終端；其中：

3、所述基站分別與所述雙向中繼節點和所述近端用戶終端進行雙向信息交換，所述遠端用戶終端通過所述雙向中繼節點與所述基站進行雙向信息交換；

4、在所述基站與所述雙向中繼節點進行雙向信息交換的過程中，所述雙向中繼節點從所述基站發送的射頻信號中收集第一能量；

5、在所述遠端用戶終端與所述基站進行雙向信息交換的過程中，所述雙向中繼節點從所述遠端用戶終端發送的射頻信號中收集第二能量，并使用收集的所述第一能量和所述第二能量采用解碼轉發協議進行信息轉發。

6、根據本發明提供的一種基于無線攜能通信雙向中繼的協作非正交多址系統，在第一個時隙內，所述基站分別向所述雙向中繼節點和所述近端用戶終端發送射頻信號，所述雙向中繼節點從所述基站發送的射頻信號中收集所述第一能量；

7、在第二個時隙內，所述近端用戶終端向所述基站發送射頻信號，所述遠端用戶終端向所述雙向中繼節點發送射頻信號，所述雙向中繼節點從所述遠端用戶終端發送的射頻信號中收集所述第二能量；

8、在第三個時隙內，所述雙向中繼節點采用所述解碼轉發協議分別對所述基站和所述遠端用戶終端發送的射頻信號進行解碼和重新編碼，得到第一編碼和第二編碼；將所述第一編碼和所述第二編碼進行混合，得到網絡編碼信息；使用收集的所述第一能量和所述第二能量將所述網絡編碼信息同時轉發給所述基站和所述遠端用戶終端。

9、根據本發明提供的一種基于無線攜能通信雙向中繼的協作非正交多址系統，所述基站發送的射頻信號的部分發射功率用于收集所述第一能量，所述基站發送的射頻信號的部分發射功率為所述基站的發射功率與預設功率分配系數之間的乘積；

10、所述遠端用戶終端發送的射頻信號的部分發射功率用于收集所述第二能量，所述遠端用戶終端發送的射頻信號的部分發射功率為所述遠端用戶終端的發射功率與所述預設功率分配系數之間的乘積。

11、本發明還提供一種如上述基于無線攜能通信雙向中繼的協作非正交多址系統的性能分析方法，包括：

12、確定不完全信道狀態信息下所述近端用戶終端與所述基站在進行雙向信息交換時所述近端用戶終端發生中斷的第一中斷概率和所述遠端用戶終端通過所述雙向中繼節點與所述基站進行雙向信息交換時所述遠端用戶終端發生中斷的第二中斷概率；

13、對所述第一中斷概率與所述第二中斷概率求和，得到目標中斷概率；

14、基于所述基站的發射功率與噪聲方差之間的比值，確定基站傳輸信噪比；

15、基于所述基站傳輸信噪比和所述目標中斷概率，或所述雙向中繼節點的位置和所述目標中斷概率，對所述協作非正交多址系統進行性能分析。

16、根據本發明提供的一種基于無線攜能通信雙向中繼的協作非正交多址系統的性能分析方法，通過以下步驟確定所述第一中斷概率和所述第二中斷概率：

17、針對所述第一個時隙，計算不完全信道狀態信息下所述近端用戶終端解碼第一單位功率射頻信號的第一信噪比、所述近端用戶終端解碼第二單位功率射頻信號的第二信噪比以及所述雙向中繼節點解碼所述第二單位功率射頻信號的第三信噪比；

18、針對所述第二個時隙，計算不完全信道狀態信息下所述雙向中繼節點解碼所述遠端用戶終端發送的射頻信號的第四信噪比和所述基站解碼所述近端用戶終端發送的射頻信號的第五信噪比；

19、針對所述第三個時隙，計算不完全信道狀態信息下所述基站解碼第三單位功率射頻信號的第六信噪比和所述遠端用戶終端解碼所述第二單位功率射頻信號的第七信噪比；

20、基于所述第一信噪比、所述第二信噪比和所述第五信噪比，計算所述第一中斷概率；

21、基于所述第三信噪比、所述第四信噪比、所述第六信噪比和所述第七信噪比，計算所述第二中斷概率。

22、根據本發明提供的一種基于無線攜能通信雙向中繼的協作非正交多址系統的性能分析方法，通過以下步驟計算所述第一信噪比、所述第二信噪比、所述第三信噪比、所述第四信噪比、所述第五信噪比、所述第六信噪比和所述第七信噪比：

23、針對所述第一個時隙，基于所述基站傳輸信噪比、所述第一單位功率射頻信號的功率分配系數、所述近端用戶終端與所述基站之間的距離以及所述基站向所述近端用戶終端傳輸的不完全信道狀態信息，計算所述第一信噪比；

24、針對所述第一個時隙，基于所述基站傳輸信噪比、所述第二單位功率射頻信號的功率分配系數、所述第一單位功率射頻信號的功率分配系數、所述近端用戶終端與所述基站之間的距離以及所述基站向所述近端用戶終端傳輸的不完全信道狀態信息，計算所述第二信噪比；

25、針對所述第一個時隙，基于所述第二單位功率射頻信號的功率分配系數、所述第一單位功率射頻信號的功率分配系數、所述預設功率分配系數、所述基站傳輸信噪比、所述雙向中繼節點與所述基站之間的距離以及所述基站向所述雙向中繼節點傳輸的不完全信道狀態信息，計算所述第三信噪比；

26、針對所述第二個時隙，基于所述遠端用戶終端的傳輸信噪比、所述預設功率分配系數、所述雙向中繼節點與所述遠端用戶終端之間的距離以及所述遠端用戶終端向所述雙向中繼節點傳輸的不完全信道狀態信息，計算所述第四信噪比；

27、針對所述第二個時隙，基于所述近端用戶終端的傳輸信噪比、所述近端用戶終端與所述基站之間的距離以及所述近端用戶終端向所述基站傳輸的不完全信道狀態信息，計算所述第五信噪比；

28、針對所述第三個時隙，基于所述第三單位功率射頻信號的靜態功率分配比、所述雙向中繼節點的傳輸信噪比、所述雙向中繼節點與所述基站之間的距離以及所述雙向中繼節點向所述基站傳輸的不完全信道狀態信息，計算所述第六信噪比；

29、針對所述第三個時隙，基于所述第二單位功率射頻信號的靜態功率分配比、所述雙向中繼節點的傳輸信噪比、所述雙向中繼節點與所述遠端用戶終端之間的距離以及所述雙向中繼節點向所述遠端用戶終端傳輸的不完全信道狀態信息，計算所述第七信噪比。

30、根據本發明提供的一種基于無線攜能通信雙向中繼的協作非正交多址系統的性能分析方法，通過以下步驟計算所述第一中斷概率和所述第二中斷概率：

31、基于所述近端用戶終端的射頻信號的目標數據速率，確定第一參數；

32、基于所述遠端用戶終端的射頻信號的目標數據速率，確定第二參數；

33、將1減去第一概率的差值確定為所述第一中斷概率；所述第一概率為所述第一信噪比大于所述第一參數、且所述第二信噪比和所述第五信噪比均大于所述第二參數的概率；

34、將1減去第二概率的差值確定為所述第二中斷概率；所述第二概率為所述第三信噪比、所述第四信噪比、所述第六信噪比和所述第七信噪比均大于所述第二參數的概率。

35、本發明還提供一種如上述基于無線攜能通信雙向中繼的協作非正交多址系統的性能分析裝置，包括：

36、概率確定模塊，用于確定不完全信道狀態信息下所述近端用戶終端與所述基站在進行雙向信息交換時所述近端用戶終端發生中斷的第一中斷概率和所述遠端用戶終端通過所述雙向中繼節點與所述基站進行雙向信息交換時所述遠端用戶終端發生中斷的第二中斷概率；

37、概率求和模塊，用于對所述第一中斷概率與所述第二中斷概率求和，得到目標中斷概率；

38、信噪比確定模塊，用于基于所述基站的發射功率與噪聲方差之間的比值，確定基站傳輸信噪比；

39、性能分析模塊，用于基于所述基站傳輸信噪比和所述目標中斷概率，或所述雙向中繼節點的位置和所述目標中斷概率，對所述協作非正交多址系統進行性能分析。

40、本發明還提供一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述程序時實現如上述任一種所述的基于無線攜能通信雙向中繼的協作非正交多址系統的性能分析方法。

41、本發明還提供一種非暫態計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器執行時實現如上述任一種所述的基于無線攜能通信雙向中繼的協作非正交多址系統的性能分析方法。

42、本發明還提供一種計算機程序產品，包括計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現如上述任一種所述的基于無線攜能通信雙向中繼的協作非正交多址系統的性能分析方法。

43、本發明提供的一種基于雙向中繼的協作非正交多址系統及性能分析方法，該系統包括：基站、具有無線攜能通信功能的雙向中繼節點、近端用戶終端和遠端用戶終端；其中：基站分別與雙向中繼節點和近端用戶終端進行雙向信息交換，由于深度衰落或陰影，遠端用戶終端需通過雙向中繼節點與基站進行雙向信息交換；一方面，雙向中繼節點具有無線攜能通信功能，在基站與雙向中繼節點進行雙向信息交換的過程中從基站發送的射頻信號中收集第一能量，在遠端用戶終端與基站進行雙向信息交換的過程中從遠端用戶終端發送的射頻信號中收集第二能量，可以避免雙向中繼節點由于能量耗盡而中斷系統服務的問題；另一方面，雙向中繼節點使用收集的第一能量和第二能量采用解碼轉發協議進行信息轉發，可以避免采用放大轉發協議帶來的放大噪聲影響，從而可以實現小區邊緣用戶的性能提升。