基于有限反馈的NOMA与SWIPT合作传输技术研究

【摘要】：非正交多址接入(NOMA)在日益短缺的频谱资源以及大规模连接的智能终端方面,能有效地提高频谱效率并增加用户连接数目。无线信息与能量同时传输(SWIPT)技术能有效提高通信服务质量,解决在特定场景下的无线设备供电问题。鉴于实际信道的反馈信息是有限制的,信道反馈完整的信道状态信息(CSI)会带来很大的负担,而传输性能依赖于发射端对CSI的获取情况,因此,研究基于有限反馈条件下的NOMA系统及其反馈方式成为了研究热点。在实际的无线通信场景中,由于无线信道的开放性与衰落性能,系统很难获得完整的CSI,而传输过程中存在能量效率低、用户信息被窃听等问题,相较于传统的反馈技术,本文在NOMASWIPT系统中设计一种双码本反馈方案,满足自身所需能量的情况下,提高系统的能量效率。在此系统下,为保证下行链路的物理层安全传输问题,提出一种适用于防窃听用户的物理层安全传输方案,提高系统的安全性能。首先,针对非理想信息信道的NOMA-SWIPT系统,设计一种双码本反馈方案,在反馈信道方向信息的同时,将接收端所需功率作为信道质量信息反馈给发射端。在反馈总比特数受限的情况下,合理分配反馈比特数,以获得最佳性能,实现最优的能量效率。在该方案固定反馈比特总数时,验证表明所提出的双码本反馈提高了反馈的精确度,并且提高了系统的能量效率。其次,研究基于双码本反馈的NOMA-SWIPT系统的物理层安全传输问题。构建NOMA-SWIPT合作传输系统,在不完整信道状态信息场景中,采用本文提出的双码本反馈方案,加入人工噪声辅助安全波束成形方案,运用凸优化理论推导系统的安全传输速率,保证用户能量分配最优的情况,实现NOMA-SWIPT系统的安全传输速率最大化。验证并表明了加入人工噪声的双码本反馈方式对系统的物理层安全传输性能,并验证分析了对安全传输速率的提升。