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基于协作通信和能量收集技术的NOMA系统建模与性能分析

王运峰  
【摘要】:多址接入一直是无线通信的核心技术之一,对增大网络容量,提升频谱效率有着重大贡献。无线通信的发展方向是万物互联,这对系统容量和频谱效率提出了更高要求,而现有的多址接入技术无法满足。与传统正交多址方式相比,非正交多址接入(NOMA)开发出功率域,使多址接入冲破时域和频域的限制,能够在相同时隙相同频率上传输多路信号,显著改善频谱利用率,成倍提升系统可支持的并发用户数,被广泛的认为是5G关键技术之一。在NOMA众多的研究方向中,与协作通信技术相结合(CO-NOMA)能够进一步提升系统容量,并增强NOMA系统可靠性。而能量收集技术(EH)可以从周围射频信号中收集并储存能量,EH与CO-NOMA技术相结合能够解决通信实际场景中的具体难题,进一步拓宽CO-NOMA的应用场景。基于此,本文探索了NOMA与协作通信、能量收集技术的融合,综合多种技术进行建模分析。主要的工作如下:1.建立一个基于Nakagami-m衰落信道通信模型,模型具有直达链路和中继转发链路,以网络的中断事件和信道容量为研究重点,给出了系统中断概率的闭式表达式,并在大信噪比下分析系统分集增益和遍历容量。最后通过计算机仿真验证理论结果,仿真表明具有直达链路和中继转发链路的NOMA系统能获得更高的信道容量。2.对多用户多中继网络的CO-NOMA系统的下行链路进行了分析。与传统中继网络不同,本系统的中继节点没有内置电池,需要从基站发出的射频信号中收集能量。提出了一个新的基于信道状态信息和节点电能状态的中继选择法,将节点电能存储容量设为无穷大,利用无限状态马氏链可以得到系统中断概率的闭式表示式。通过MATLAB仿真验证了理论结果。仿真结果表明NOMA系统具有优秀的性能表现,另外还发现即使中继不使用内部电源,合理选择能量收集的最小单位C和信息转发的电能状态门限值W等参数,系统也能获得较好性能。研究结果为融合三种技术的实际应用提供理论支持。


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