基于SWIPT的下行多載波NOMA能量效率優化算法研究

劉琳娜

關鍵詞：多載波；NOMA；資源分配策略；綠色通信

5G 網絡基站（Base Station，BS）大規模部署、移動終端海量接入，加劇了無線通信網絡的能耗赤字問題。在我國“雙碳”目標下，5G 網絡的發展要走綠色發展的道路，因此資源優化問題得到廣大學者的研究。文獻[1-2] 的作者研究了多載波（Multi-Carrier Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA） 系統資源分配問題。文獻[3] 對基于無線協能通信（Simultaneous WirelessInformation and Power Transfer，SWIPT） 的單載波協作NOMA 系統功率分配方案進行研究。單載波會增加接收機解調復雜度并且SWIPT 技術能減少移動通信設備的能耗，因此本文將對基于SWIPT 的多載波NOMA 系統子功率分配算法進行研究。

1 系統模型

本章節考慮一個基于SWIPT 的下行的MC-NOMA系統，該系統包含1 個BS 和M 個用戶，BS 發射總功率為Pt，系統總帶寬為B，均勻劃分給N 個相互正交的子信道，子信道（Subchannel，SC）n 的帶寬為Bn，BS和用戶都裝有單根天線，均以半雙工的模式進行工作。靠近BS 的用戶為近端用戶，遠離BS 的用戶為遠端用戶。近端用戶充當中繼，以功率分割PS（Power Splitting，PS）模式進行能量收集和信息轉發。該系統包含兩個傳輸階段，第1 個是直連傳輸階段，第2 階段是協作轉發階段。

圖1 展示K = 5 ， Pc =1W 時SC 功率分配算法對EE 的影響。圖1 中隨著基站發射功率Pt 的增大系統吞吐量會增加，EE 隨著Pt 的增大呈上什趨勢，但Pt 的增大會增加系統能耗降低EE，能量效率達到最大值后呈下降趨勢。圖4.3 在Pt =2W時EE-DC 資源分配方案EE 比EE-FTPA 資源分配方案EE 提高了6.05%，因此，本文所提的基于DC Programing 的子信道內用戶功率分配算法能有效的提升EE。

圖2 展示Pt = 12 W時，EE 隨N 變化的情況。N 值變大，系統能服務更多用戶，系統吞吐量會提高，EE隨N 呈上升趨勢。N 增大會增加電路損耗，EE 增長趨勢逐漸平緩。N = 35 時，EE-DC 資源分配方案EE 比EE-FTPA 分別高出了%。在系統子信道數目較多時，本文所提的SC 用戶功率分配算法能更好的提升SWIPT的MC-NOMA 的EE。

4結束語

此章節主要針對在用戶最低信息速率限制下，通過子信道功率分配來最大化基于SWIPT 的下行MC-NOMA 的EE，并使用DC 規劃進行求解。通過MATLAB 仿真驗證，本文所提SC 功率分配有效的提升基于SWIPT 的下行協作MC-NOMA 的EE。