一种基于SWIPT技术的大规模MIMO系统UAV中继通信方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于SWIPT技术的大规模MIMO系统中UAV中继通信方法，按照预定轨迹飞行，同时接收源基站的信号，利用功率分割比将源基站的信号分为能量采集信号和信息解码信号；利用基站发送信号、能量采集信号、信息解码信号和功率分配比，采用交替优化方法优化功率分割比、UAV的发射功率和子载波的分配；根据优化后的最优功率分割比、发射功率、功率分配比和子载波计算NOMA用户组的频谱效率；本发明专利技术使用UAV作为动态中继，协助基站与地面终端用户进行通信，中继UAV采用NOMA技术是为了获得更大的频谱效率，源基站中采用大规模天线不仅可以提升频谱效率，还可以有效弥补SWIPT的传播损耗，提高功率传输效率；利用OFDM消除地面NOMA用户组的组间干扰，在避免网络中断的同时降低信号干扰，提高系统频谱效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SWIPT技术的大规模MIMO系统UAV中继通信方法
本专利技术属于通信
，尤其涉及一种基于SWIPT技术的大规模MIMO系统UAV中继通信方法。
技术介绍
随着无线网络和RF能量采集的发展，MassiveMIMO系统和SWIPT技术成为备受关注的研究。此外，面对偏远距离突然聚集的人流引起数据流量急剧增加以及突发性自然灾害等要实现无缝无线覆盖，几乎是不太现实的。在上述MassiveMIMO系统引入中继UAV(无人机)来协作基站进行通信，相比传统地面通信网络，UAV中继基站部署方便、灵活，在升空后利用空中优势，可以避开障碍物，建立起可靠的通信链路。使用UAV作为中继基站时，因其空中飞行，无法利用电力线对其供电，此时UAV的能量供应对其飞行以及通信就显得格外重要。UAV需要携带能量源，但是，由于UAV的体积大小限制，难以携带大容量能量源，这就使得UAV需要频繁的更换能量源，在其更换能量源的空档期，就会产生网络中断，难以实现无缝无线覆盖。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于SWIPT技术的大规模MI本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SWIPT技术的大规模MIMO系统UAV中继通信方法，其特征在于，源基站发送信号，UAV和终端用户接收所述信号，且UAV将接收的所述信号转发给所述终端用户，其中，UAV采用NOMA技术对终端用户进行分组，所述UAV接收及转发信号的方法包括：/nUAV按照预定轨迹飞行，同时接收源基站信号，利用功率分割方式将所述源基站信号分为能量采集信号和信息解码信号；/n利用所述源基站信号、能量采集信号和信息解码信号，优化功率分割时的功率分割比、发射功率和NOMA用户组内强弱用户的功率分配比，并进行子载波的分配；/n根据优化后的功率分割比、发射功率、NOMA用户组内强弱用户的功率分配比和子载波的分配...

【技术特征摘要】
1.一种基于SWIPT技术的大规模MIMO系统UAV中继通信方法，其特征在于，源基站发送信号，UAV和终端用户接收所述信号，且UAV将接收的所述信号转发给所述终端用户，其中，UAV采用NOMA技术对终端用户进行分组，所述UAV接收及转发信号的方法包括：
UAV按照预定轨迹飞行，同时接收源基站信号，利用功率分割方式将所述源基站信号分为能量采集信号和信息解码信号；
利用所述源基站信号、能量采集信号和信息解码信号，优化功率分割时的功率分割比、发射功率和NOMA用户组内强弱用户的功率分配比，并进行子载波的分配；
根据优化后的功率分割比、发射功率、NOMA用户组内强弱用户的功率分配比和子载波的分配为所述终端用户转发信号。


2.如权利要求1所述的一种基于SWIPT技术的大规模MIMO系统UAV中继通信方法，其特征在于，每个所述NOMA用户组均由两个终端用户组成，且分组方法为：
获取UAV与每个终端用户之间的距离信息；
分组：将与UAV最近的终端用户和与UAV最远的终端用户划分为同一NOMA用户组；
针对未分组的所述终端用户，重复执行所述分组步骤，直至将所有终端用户分组完成。


3.如权利要求1所述的一种基于SWIPT技术的大规模MIMO系统UAV中继通信方法，其特征在于，所述功率分割比、发射功率、NOMA用户组内强弱用户的功率分配比和子载波的分配的优化建模为如下数学问题：



s.t.c1:
c2:
c3:
c4:
其中






其中，Rs(i,n)和Rw(i,n)分别是第i个时隙第n个子载波上NOMA用户组中强、弱用户频谱效率，R为所有NOMA用户组的系统总频谱效率，i为时隙的序数，i∈Q，n∈N，Q为时隙的总数，K为终端用户的总数，为NOMA用户组的总数，k为NOMA用户组数，n为子载波数，N为UAV发出的子载波总数，M为向UAV发射信号的源基站的天线数量，β0是源基站和UAV之间的大尺度衰落因子的随机变量，Ps表示源基站的发射功率，和分别是时隙i源基站与第k个NOMA用户组内强、弱用户的参考信道SNR，ρ(i)为第i个时隙的功率分割比，ξi,n为第i个时隙上第n个子载波的功率分配比，τi,n为第i个时隙UAV发射的第n个子载波的分配值，pk(i,n)是时隙i第n个子载波的功率，该功率用于提供给第k个NOMA用户组，hsr(i)为第i个时隙源基站到UAV距离的倒数，和分别为第i个时隙第n个子载波与第k个NOMA用户组中强、弱用户之间的信道增益，σ2是信道噪声，η为采集能量的转换效率。


4.如权利要求3所述的一种基于SWIPT技术的大规模MIMO系统UAV中继通信方法，其特征在于，基于所建的数学问题，采用交替优化方法对功率分割比、发射功率、NOMA用户组内强弱用户的功率分配比和子载波的分配进行优化，所述交替优化方法包括：
S1、以初始功率分割比和初始子载波的分配为已知值，以最大化所有NOMA用户组的系统总频谱效率为目标，计算得出UAV为各NOMA用户组分配的发射功率；
以所述的初始功率分割比、所述初始子载波的分配和在初始功率分割比和初始子载波的分配下得到的UAV为各NOMA用户组分配的发射功率为已知值，以相邻两次迭代计算得出的函数差值小于等于阈值...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞立华，赵恒，张依滕，刘贤贤，李荣，代新冠，刘晓佩，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61