CN111225435B - 不完整主用户干扰信息中5g下行链路noma传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不完整主用户干扰信息中5G下行链路NOMA传输方法，包括以下步骤：A、次级源用户感知主用户干扰；B、根据主用户干扰判断信道质量信息；C、根据信道质量信息为次级目的用户分配功率分配系数；D、根据功率分配系数进行NOMA传输。其次级系统通过感知主用户的干扰来获取准确的信道信息，从而为次级目的用户分配适当的功率分配系数，并获得最佳SIC序列恢复信息，及时调整系统的参数，提高次级用户的中断性能。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，更具体的说是涉及不完整主用户干扰信息中5G下行链路NOMA传输方法。
背景技术
近些年，非正交多址技术NOMA和移动边缘计算MEC已被引入窄带物联网系统NB-IoTs中，极大的提高了传输和计算的效率。其中，NOMA技术允许多个用户同时访问同一个信道，在降低系统延迟方面显示出巨大的潜力。NOMA下行系统的效率在很大程度上取决于发射机/基站的信道状态信息CSI的准确性，因此基站可以通过对用户和用户之间的速率分配来确定正确的SIC顺序，以此获得预期数据。在实际认知场景中，针对部分信道信息的研究也将成为现今NOMA技术研究的重点，这对降低系统运算复杂度和减少功耗具有十分重要现实意义。近年来，大多数研究是集中在ST获得完整信道信息的理想状态下进行的，CQI不匹配现象会导致严重的性能下降。
然而，在认知系统的场景中，主用户PT的间歇传输通常会导致系统的动态干扰。因此，基站BS接收到的信道质量信息CQI的消息可能已经过时，无法与实际的信道状态相匹配。而在传输过程中，不匹配CQI会导致严重的性能下降。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供不完整主用户干扰信息中5G下行链路NOMA传输方法。
本发明通过下述技术方案实现：
不完整主用户干扰信息中5G下行链路NOMA传输方法，包括以下步骤：
A、次级源用户感知主用户干扰；
B、根据主用户干扰判断信道质量信息；
C、根据信道质量信息为次级目的用户分配功率分配系数；
D、根据功率分配系数进行NOMA传输。
次级用户未感知到来自主用户的干扰的情况下，次级用户所获得的信道信息很可能已经过时，无法与实时信道状态相匹配，从而影响次级用户的中断性能。本方案的次级系统通过感知主用户的干扰来获取准确的信道信息，从而为次级目的用户分配适当的功率分配系数，并获得最佳SIC序列恢复信息，及时调整系统的参数，以提高次级用户的中断性能。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明的方法次级系统通过感知主用户的干扰来获取准确的信道信息，从而为次级目的用户分配适当的功率分配系数，并获得最佳SIC序列恢复信息，及时调整系统的参数，提高次级用户的中断性能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
图1为认知无线电网络中基于NOMA的Underlay传输模型。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种不完整主用户干扰信息中5G下行链路NOMA传输方法，包括以下步骤：
A、次级源用户感知主用户干扰；
B、根据主用户干扰判断信道质量信息；
C、根据信道质量信息为次级目的用户分配功率分配系数；
D、根据功率分配系数进行NOMA传输。
本方案在现有技术的基础上次级用户通过感知到认知PT的干扰，即PT在基站获取信道状态信息和反馈后根据实际的信道质量来适应NOMA传输，PT持续稳定传输，提高NOMA传输的性能，提高传输效率。
实施例2
基于实施例1的原理，如图1所示，本实施例以两个次级用户对该方法进行举例说明。
在认知无线电网络中基于NOMA的Underlay传输模型，其中包括授权主用户传输网络和次级传输网络，具体的包括一个主源用户PT、一个次级源用户ST、一个主目的用户PD、两个次级目的用户U1和U2。主源用户PT传输数据xP到其主目的用户PD；次级源用户ST通过NOMA技术协助传输叠加数据xS到次级接收端U1和U2。各节点的工作方式为半双工解码转发。如图所示，主用户会对次级用户及中继传输网络产生干扰，同样，次级用户传输网络对主用户网络也存在干扰。因此，在认知无线电系统中实现下行链路NOMA传输应充分考虑主用户对次级信道产生的动态干扰。
当ST感知PT干扰时，得到的信道质量信息会受到PT干扰的影响。即ST在获取CSI与次级通信两个阶段，PT持续稳定的传输。此时，基站BS会根据实际情况判断ST信道质量来适应NOMA传输。
具体方法步骤为：
A、次级源用户感知主用户干扰。
B、获取次级目的用户U1和U2的信道增益g1和g2，整个过程我们不考虑信道高斯白噪声，推导次级用户在两种情况下的瞬时信干噪比；同样，我们将噪声的信道方差设置为1，此时次级用户U1和U2的信道增益可表示为：
其中，且ES、EP分别是次级用户与主用户的发射功率，
r1、r2分别表示PT到U1、PT到U2、ST到U1和ST到U2的信道因子，并且均服从均值为0、方差为1的复高斯分布。/>r1，r2对应的均方值分别为/>Ω1，Ω2。
针对系统的传输过程，其可分为两种情况进行分析判断。
其一，对比判断两信道增益g1和g2，若次级用户的信道增益满足：g1>g2，在U1处采用SIC技术，把U2的消息被作为干扰消息解出来之后，U1解调出自身的消息并移除U2干扰消息。
次级源用户至次级用户U1的链路信干噪比SINR为：
其中，a1、a2为功率分配因子，a1+a2＝1；为次级用户U1解码信号X1后继续解码自身信号X2时获得的SINR；/>为次级用户U1先解码信号X1时获得的SINR；
次级源用户至次级用户U2的链路信干噪比SINR为：
在该情况下，次级用户U1和次级用户U2的中断概率的计算方法分别为：
其中，
Ω1、Ω2、/>分别为γ1，g1＞g2、/>对应的均方值；/>
其一，对比判断两信道增益g1和g2，若次级用户的信道增益满足：g1<g2，次级源用户至次级用户U1的链路信干噪比SINR为：
次级源用户至次级用户U2的链路信干噪比SINR为：
其中，为次级用户U2先解码信号X1时获得的SINR；/>为次级用户U2解码信号X1后继续解码自身信号X2时获得的SINR。
在该情况下，次级用户U1和次级用户U2中断概率的计算方法分别为：
其中，
根据信道增益大小计算信干燥比和中断概率，中断概率使用验证系统传输性能，中断概率越低，系统中断性能越好。
C、根据信道质量信息为次级目的用户分配功率分配系数；
D、根据功率分配系数进行NOMA传输。
具体的，中断概率的推导计算过程如下：
一、在次级用户的信道增益g1>g2时，次级源用户ST中断概率可以表示为：
根据瑞利衰落信道模型，对分布函数进行分析。已知信道系数服从复高斯分布，其概率密度函数为fg(.)，分布函数分别为：
为了便于表达，|h1|2，|hpu1|2，|h2|2和|hpu2|2遵循独立且相同的指数分布，速率参数分别为Ω1，，Ω2和/>。相关参数定义为/> 因此，在g1>g2条件下的中断概率可以表示为：
其中，
若满足t>γth+1，可以进一步计算为：
若满足γth<t<γth+1，可以计算为
同样的，
因此，在g1>g2条件下次级用户的中断概率可以表示如下：
其中，
二、在次级用户的信道增益满足g1<g2时，
次级目的用户的中断概率可以表示为：
相似的，相关参数定义为因此，在g1<g2条件下的中断概率可以表示为：
若满足c>γth+1，可进一步计算为：
若满足γth<c<γth+1，可计算为：
相似的，
因此，在g1<g2条件下次级用户的中断概率如下所示：
其中，
本方案的次级系统可以通过感知主用户的干扰来获取准确的信道信息，从而为次级目的用户分配适当的功率分配系数，并获得最佳SIC序列恢复信息。相反，在次级用户未感知到来自主用户的干扰的情况下，次级用户所获得的信道信息很可能已经过时，无法与实时信道状态相匹配，从而影响次级用户的中断性能。为了简化传输方案复杂度提出简化方案，即在忽略信道高斯白噪声的前提下，推断次级用户的中断性能。比较上述两种方案的次级用户的中断概率，结果证明在高信噪比情况下，可以使用简化方案分析，降低系统运算复杂度，并减少误码率。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.不完整主用户干扰信息中5G下行链路NOMA传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、次级源用户感知主用户干扰；
B、根据主用户干扰判断信道质量信息；
C、根据信道质量信息为次级目的用户分配功率分配系数；
D、根据功率分配系数进行NOMA传输；
所述步骤B具体为：
获取次级用户的信道增益；
判断增益大小；
根据信道增益大小计算信干噪比和中断概率；
所述次级用户包括次级用户U1和次级用户U2，其信道增益分别为：
其中，且ES、EP分别是次级用户与主用户的发射功率，
r1、r2分别表示PT到U1、PT到U2、ST到U1和ST到U2的信道因子；
PT为主源用户,ST为次级源用户；
所述信干噪比计算方法包括以下子步骤：
B11、若次级用户U1和次级用户U2的信道增益g1＞g2，
次级源用户至次级用户U1的链路信干噪比SINR为：
其中，a1、a2为功率分配因子，a1+a2＝1；为次级用户U1解码信号X2后继续解码自身信号X1时获得的SINR；/>为次级用户U1先解码信号X1时获得的SINR；
次级源用户至次级用户U2的链路信干噪比SINR为：
B12、若次级用户U1和次级用户U2的信道增益g1＜g2，
次级源用户至次级用户U1的链路信干噪比SINR为：
次级源用户至次级用户U2的链路信干噪比SINR为：
其中，为次级用户U2先解码信号X1时获得的SINR；/>为次级用户U2解码信号X1后继续解码自身信号X2时获得的SINR；
所述次级用户U1和次级用户U2中断概率的计算方法分别为：
B21、若次级用户U1和次级用户U2的信道增益g1＞g2，
其中，
Ω1、Ω2、/>分别为/>对应的均方值；/>γth为次级用户信道容量阈值，/>R*为目标速率；
B22、若次级用户U1和次级用户U2的信道增益g1＜g2，
其中，
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