一种利用全双工中继的双向非正交多址接入方法技术

为了解决现有NOMA网络中轮询操作导致时间资源浪费，增加时延，及通信中断的问题，本发明专利技术提供一种利用全双工中继的双向非正交多址接入方法，属于信息与通信技术领域。本发明专利技术包括：两个需要信息交流的用户D1和D2同时向中继发送各自信号，分别为：x1和x2；中继同时接收x1、x2的叠加信号、环路干扰信号和噪声信号；中继依次检测信号x1和x2，根据检测到信号x1和x2，向用户D1和D2同时发送叠加的非正交多址接入信号；用户D1和D2各自接收叠加的非正交多址接入信号；用户D1检测信号x2：在检测信号x2时，D1需要先检测信号x1，检测完成后在接收信号中剔除掉信号x1，再检测信号x2；用户D2直接检测信号x1。

【技术实现步骤摘要】
一种利用全双工中继的双向非正交多址接入方法
本专利技术涉及信息与通信
，具体涉及一种用户和中继都采用全双工工作模式的双向通信非正交多址接入方法。
技术介绍
目前越来越多的智能设备、快速发展的多媒体应用以及迅速增大的无线数据需求都给现有的无线网络带来了巨大的负担。把希望寄托在了第五代移动通信(thefifthgeneration,5G)上。5G网络预计能够改善数据速率、容量、时延、服务质量(qualityofservice,QoS)等参量。为帮助5G达到这些目标，非正交多址接入(non-orthogonalmultipleaccess,NOMA)正在发展成5G无线网络的一个关键技术。多个用户工作在相同的时域、频域和码域内，从而这些资源得以更加充分地利用。不同的用户工作在不同的码域上，以保证接收端能够将这些信号拆分开。具体来说，NOMA架构中的接收端通常使用的是串行干扰消除(successiveinterferencecancellation,SIC)技术，从而译码拆分开共同使用相同资源块的用户的信号。无线中继被认为是扩展服务范围，改善网络整体性能的有效方法。所以配有中继的NOMA系统得到了广泛的关注。这样的系统充分利用了空间分集增益，提升了通信的有效性。除此之外，采用中继甚至可以为原本不可能实现的通信线路提供机会，提升了网络的整体链接个数。比如车联网(vehicularadhocnetwork,VANET)中，起到中继作用的路边单元就是这样的例子。又比如被山相隔的两个用户通过卫星传播信号，这时卫星也起到了中继的这个作用。目前本领域的很多研究都采用了半双工(half-duplex,HD)工作模式。采用HD模式会引入轮询操作，导致时间资源浪费，增加时延，甚至通信中断等问题和一些潜在危险。为了进一步充分利用资源，减小时延，改善系统吞吐量等性能参数，在NOMA系统中采用了全双工(full-duplex,FD)的传输模式，而非HD。FD也是当前5G网络领域的关键技术之一。实现FD通信的最大的障碍就是自干扰。一个用户的发送功率一般来说一定比接收到的来自其它用户的信号功率大得多。那么由于其发送信号导致的自干扰的影响是不能忽视的。这也是一直以来制约FD技术发展的最主要原因。然而，目前随着自干扰抑制(selfinterferencesuppression,SIS)技术的不断发展完善，FD模式逐渐得以实现，也受到了越来越多的关注。现有的配有FD中继的NOMA系统除了应用场景和本专利不同外，最大的区别在于它们的FD模式指的仅仅是中继采用FD模式，而对于用户来说仍然是一方收一方发。那么它们就也有HD模式中轮询导致的缺陷，比如时间资源的浪费，吞吐量和频谱利用率的缩减，时延，通信中断，甚至可能导致一些隐藏的危险等等。而且它们还额外受着HD没有的自干扰(selfinterference,SI)的影响。现有采用了HD模式的NOMA网络会引入轮询操作，导致时间资源浪费，增加时延，甚至通信中断等问题和一些潜在危险。另外，现有的采用了FD模式的NOMA网络仅仅是中继采用FD模式，而对于用户来说仍然是一方收一方发。那么它们就也有HD模式中轮询导致的缺陷，比如时间资源的浪费，吞吐量和频谱利用率的缩减，时延，通信中断，甚至可能导致一些隐藏的危险等等。而且它们还额外受着HD没有的自干扰的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有NOMA网络中轮询操作导致时间资源浪费，增加时延，及通信中断的问题，本专利技术提供一种利用全双工中继的双向非正交多址接入方法。本专利技术的一种利用全双工中继的双向非正交多址接入方法，所述方法包括：S1、两个需要信息交流的用户D1和D2同时向中继发送各自信号，分别为：x1和x2；S2、中继同时接收x1、x2的叠加信号、环路干扰信号和噪声信号；S3、中继依次检测信号x1和x2，根据检测到信号x1和x2，向用户D1和D2同时发送叠加的非正交多址接入信号；S4、用户D1和D2各自接收叠加的非正交多址接入信号；S5、用户D1检测信号x2：在检测信号x2时，D1需要先检测信号x1，检测完成后在接收信号中剔除掉信号x1，再检测信号x2；S6、用户D2直接检测信号x1。优选的是，所述S3中，叠加的非正交多址接入信号为：其中τ表示中继处理时延，τ≥1，表示环路干扰信号，Pr表示中继处归一化之后的传输功率，a1和a2分别代表叠加的非正交多址接入信号中用户D1和D2对应的功率分配系数。优选的是，所述方法还包括获取D2的中断概率：其中，a2>a1T2，R2代表用户D2检测信号x1时的目标速率，a1和a2分别代表叠加的非正交多址接入信号中用户D1和D2对应的功率分配系数，a1<a2，a1+a2＝1；ρ表示不考虑衰落的信噪比，h11、h12、h21和h22分别D1→中继、中继→D1、D2→中继和中继→D2的信道系数，令随机变量信道功率增益|h11|2、|h12|2、|h21|2和|h22|2服从系数为i∈{11,12,21,22}的指数分布，Ω11＝Ω12＝Ω1用户D1和D2的环路干扰信道系数为对应的平均功率分别为优选的是，所述方法还包括获取D1的中断概率：其中，R1是用户D1检测信号x2时的目标速率。优选的是，用户D1和D2的分集阶数均为零。优选的是，用户D1和D2分别在目标速率R1和R2的约束下接收信息，则在有时延限制的传输模式下系统吞吐量为：上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本专利技术的目的。本专利技术的有益效果在于，本专利技术针对中继和用户都采用全双工工作模式的双向通信网络，给出了一种非正交多址接入方法。本专利技术的全双工非正交多址接入(full-duplexnon-orthogonalmultipleaccess,FD-NOMA)系统除了中继以外，用户也有同时接收同时发送的能力。本专利技术的体制中，每个用户同时配有接收和发送天线，以保证更符合实际需求的可靠有效的实时双向通信。从而在解决现有多址接入方法由于轮询操作带来的缺陷的基础上获得了优越的中断概率、吞吐量等性能。而后，深入分析了所提方法的中断性能和吞吐量。利用概率论、信号检测理论、随机信号分析等方法，推导了每一个用户的中断概率和系统吞吐量的闭环表达式。仿真结果证实了所有推导表达式的正确性。并说明了本专利技术接入方法的中断性能、吞吐量都要优越于两个对比方案，即HD-NOMA和OMA((OrthogonalMultipleAccess，正交多址接入)。附图说明图1是本专利技术考虑的系统模型图，Relay表示中继；图2为分别采用三种接入方法时(本专利技术方法FD-NOMA和两个对比方法HD-NOMA和OMA)，两个用户D1和D2的中断概率和信噪比之间的关系；图中，Sim、Errorfloor和Exact分别代表仿真值、渐近值和精确值；图3为不同自干扰系数下三种接入方法的系统性能和信噪比之间的关系。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用全双工中继的双向非正交多址接入方法，其特征在于，所述方法包括：S1、两个需要信息交流的用户D1和D2同时向中继发送各自信号，分别为：x1和x2；S2、中继同时接收x1、x2的叠加信号、环路干扰信号和噪声信号；S3、中继依次检测信号x1和x2，根据检测到信号x1和x2，向用户D1和D2同时发送叠加的非正交多址接入信号；S4、用户D1和D2各自接收叠加的非正交多址接入信号；S5、用户D1检测信号x2：在检测信号x2时，D1需要先检测信号x1，检测完成后在接收信号中剔除掉信号x1，再检测信号x2；S6、用户D2直接检测信号x1。

【技术特征摘要】
1.一种利用全双工中继的双向非正交多址接入方法，其特征在于，所述方法包括：S1、两个需要信息交流的用户D1和D2同时向中继发送各自信号，分别为：x1和x2；S2、中继同时接收x1、x2的叠加信号、环路干扰信号和噪声信号；S3、中继依次检测信号x1和x2，根据检测到信号x1和x2，向用户D1和D2同时发送叠加的非正交多址接入信号；S4、用户D1和D2各自接收叠加的非正交多址接入信号；S5、用户D1检测信号x2：在检测信号x2时，D1需要先检测信号x1，检测完成后在接收信号中剔除掉信号x1，再检测信号x2；S6、用户D2直接检测信号x1。2.根据权利要求1所述的利用全双工中继的双向非正交多址接入方法，其特征在于，所述S3中，叠加的非正交多址接入信号为：其中τ表示中继处理时延，τ≥1，表示环路干扰信号，Pr表示中继处归一化之后的传输功率，a1和a2分别代表叠加的非正交多址接入信号中用户D1和D2对应的功率分配系数。3.根据权利要求1所述的利用全双工中继的双向非正交多址接入方法，其特征在于，所述方法还包括获取D2的中断概率：其中，a2>a1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭庆，王欣玉，贾敏，刘晓锋，顾学迈，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23