带SWIPT的合作认知无线电网络中NOMA的中断性能

本文讨论了非正交多址接入（NOMA）技术在带同时无线信息和功率传输（SWIPT）的合作认知无线电（CR）网络中的应用，以及其在中断性能方面的影响。在这样的网络模型中，认知中继从次要发射机获取传输功率，采用功率分割方案，而NOMA协议采用固定的功率分配方案。本文的主要贡献是提出了该网络结构的总体中断概率的闭式解析表达式，并研究了在高信噪比（SNR）区域的分集阶数。研究结果表明，与采用正交多址接入（OMA）的合作CR网络相比，所提出的方案可以获得相同的分集阶数，但总体中断性能较低；而与使用自身电池进行传输的NOMA合作CR网络相比，SWIPT-NOMA合作CR网络会导致总体中断性能略有下降，但不损失分集阶数。 非正交多址接入（NOMA）技术与传统的正交多址接入（OMA）不同，它允许多个用户在同一资源块上同时传输，通过功率域的多路复用，从而提高了频谱效率。然而，NOMA系统的性能受多种因素影响，包括功率分配策略、信道条件和干扰管理等。SWIPT技术则是一种新颖的技术，它允许无线设备同时接收信息和收集能量，从而为无线传感器网络提供了能量自给自足的可能性。 认知无线电（CR）网络技术是一种智能无线通信技术，能够感知周围环境，根据频谱可用性动态选择频段进行通信，并且能够识别主要用户（PU）的活动，避免对主用户通信产生干扰。合作通信则是指多个通信节点通过协同传输信息以提高信号的可靠性和覆盖范围。 在本文的网络模型中，次要用户（SU）网络包含一个认知中继节点，该节点负责从次要发射机接收信号，并采用功率分割方式从中收集能量以供自身使用，同时转发信号给目标接收机。这样的设置使得网络中的中继节点具有能源自给的能力，降低了网络的能耗和成本。 在NOMA合作CR网络的分析中，作者提出了一种固定功率分配方案，即NOMA协议，用于在中继节点中分配功率。这种分配方式旨在优化网络的频谱效率和用户的中断性能。 研究作者推导出了整个网络中断概率的闭式表达式，并探讨了在高信噪比区域的分集阶数。分集阶数是衡量系统在高SNR情况下，如何通过使用多个天线或多径来抵抗衰落，从而提升系统性能的重要指标。中断概率是指通信链路在特定质量以下的概率，它是一个重要的性能度量指标，尤其在无线通信系统中。 根据研究结果，所提出的SWIPT-NOMA合作CR网络方案，与传统的OMA方案相比，虽然在总体中断性能上略有下降，但依然能保持与OMA相同的分集阶数。分集阶数的不变表明系统在面对信道衰落时的稳健性。与使用自身电池进行传输的NOMA合作CR网络相比，SWIPT-NOMA合作CR网络在保持分集阶数不变的前提下，总体中断性能略有下降，说明中继节点在收集能量的同时，仍然能够保持较高的数据传输效率。 本文的研究表明，在使用SWIPT技术的NOMA合作CR网络中，可以在保持系统分集阶数的同时，牺牲一部分中断性能来达到能源收集和信息传输的目的。这对于未来无线通信网络的设计和优化提供了有价值的参考，尤其是在提升频谱效率和能源效率方面具有重要意义。此外，本文的研究还得到了中国国家自然科学基金和福建省自然科学基金的资助支持，体现了其研究价值和实用性。