無線攜能傳輸協同中繼非正交多址接入系統的速率優化設計

譚藝枝，陳寶仁

（1. 廣東工業大學 信息工程學院，廣東 廣州 510006；2. 中國南方電網有限責任公司 系統運行部，廣東 廣州 510623）

非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)是5G的一項關鍵技術，通過疊加編碼和連續干擾消除技術能有效提高頻譜效率，近來受到學者的廣泛關注[1-4]。在NOMA系統中采用協同中繼技術，把信道質量更好的用戶作為中繼轉發信息能有效提高頻譜效率[5-6]。在多輸入多輸出(Multiple-input Multiple-output, MIMO)的NOMA系統中，采用協同技術同樣可以顯著提高系統速率[7]。

NOMA技術的目標是提高頻譜效率，另一個5G的主要目標是最大化能量效率。早在2008年，Varshney提出了無線攜能傳輸(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer, SWIPT)技術[8]，已經吸引了大量學者的關注并做了許多有關能量效率的工作。無線攜能傳輸有2種工作模式：時分(Time Splitting, TS)和功分(Power Splitting, PS)[9]。由于點到點的SWIPT 通信系統的研究比較完善，近年來關于SWIPT的研究主要針對2種協同中繼系統：放大轉發(Amplify and Forward, AF)和解碼轉發(Decode and Forward, DF)。AF協同中繼系統提出了基于時分和功分的中繼協議[10]；DF協同中繼系統規劃了一個新的天線選擇SWIPT方案以降低實現復雜度[11]，且提出了具有大規模天線陣列結構的正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)方案，得到最大化傳輸信息速率的時間和功率聯合分配的最優算法[12]。

為了提高信道質量較差的弱用戶的可靠性，而不耗盡信道質量較好的強用戶能量，把SWIPT應用到NOMA系統中，強用戶作為能量收集中繼幫助弱用戶轉發信息，可得到中斷概率和系統吞吐量的閉式表達式[13]。此外，把近端用戶作為能量收集中繼，兩用戶協同中繼系統的中斷性能也得到了研究[14]。……