【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通信，特别涉及铁路管理系统在i/q不平衡的cr-rsma网络中降低中断概率的方法。
技术介绍
1、铁路作为综合交通运输体系的骨干，其信息化智能化对于国家和地区的经济发展具有深远意义。目前，铁路物联网已步入飞速发展阶段，需要加快新一代通信网络技术与铁路物联网的深度融合，从而保证铁路物联网实现可靠准确的信息传输。这就需要在铁路沿线部署大量的物联网设备来感知环境参数并将其传输数据中心。物联网终端的大规模部署旨在实现人与物、物与物的互联互通。当数以亿级的物联网节点接入网络后，势必会加剧日益增长的频谱需求与有限频谱资源的矛盾。针对这一问题，相关人员提出了认知无线电(cr,cognitive radio)技术。cr允许次用户(如物联网节点)根据主用户(如蜂窝用户)状态调整自身发射功率，在对主用户造成的干扰小于一定干扰容限的前提下接入主用户频谱，实现主次用户频谱共享，从而提高频谱资源的利用效率[1][2]。为提高次用户接入效率，相关人员在cr中引入非正交多址(noma,non-orthogonal multipleaccess)技术。虽然noma这一技术相较于正交多址技术(oma,orthogonal multiple access)在提升频谱效率、吞吐量及用户接入数量等方面虽相具有明显优势[3]，但其只能实现多址信道容量区域有限数量的速率边界点。速率分割多址(rsma,rate-splitting multiple access)作为一种更稳健的传输技术，不仅能够支持高频谱效率与大规模连接，还可以实现更完整的速率边界，正因如此
2、camana等[9]在多输入单输出的cr-rsma网络下考虑了一个以基站发射功率最小化为目标的优化问题。由于目标问题非凸，将目标问题进行划分并提出粒子群优化算法和半定松弛算法对划分问题迭代求解。仿真结果表明，rsma技术相较于sdma技术具有明显优势。dizdar等[10]研究了rsma辅助的多天线多载波cr网络，在统计不完美信道状态信息条件下作者提出了一个以互信息最大化为目标的优化问题。针对该问题，作者提出了ao-admm算法来确定最优干扰功率阈值。仿真结果表明，rsma方案相比于传统多址方案可以实现更高的和速率。liu等[11]研究了智能反射面(irs,intelligent reflecting surface)辅助的cr-rsma网络。在该网络中，次用户在保证主用户中断性能的前提下进行速率分割，通过直接链路和irs反射将信号发送至基站。基于该网络，作者推导了最优发射功率分配参数，目标速率分配，基站解码顺序及次级用户的中断概率。仿真结果表明，irs可以有效的提高cr-rsma的中断性能。xiao等[12]分析了rsma辅助的半免授权cr网络的中断性能，获得了无授权用户的最大可实现速率，同时作者推导了允许无授权用户接入该网络下的中断概率。仿真结果表明，rsma方案相较于noma方案可实现更为优越的中断性能。liu等[5]在cr-rsma网络下推导了用户的中断概率，并设计了一种改进式的jain指数作为衡量用户公平性的指标。结果表明，所提rsma方案可有效兼顾用户公平性与传输性能。chen等[6]在基于cr-rsma的边缘网络下推导了固定配对用户的任务成功计算概率，在此基础上，为探究用户位置对该网络的影响，运用随机几何等知识推导了不同用户配对方案的成功计算概率。
3、截止目前，学术界针对cr-rsma已经形成一些基础理论，但目前的工作均假设射频(rf,radio frequency)收发器处于理想工作状态，然而在实际工作中，收发器的射频单元由于使用了非理想混频器和移相器，导致rf前端很容易出现同相/正交不平衡(iqi,in-phase and quadrature-phase imbalance)，而iqi通常会对认知rsma网络带来性能损失。因此，有必要探究铁路管理系统中iqi对cr-rsma对网络的影响机理，在iqi条件下的cr-rsma网络，为保证主用户的传输性能，次用户根据干扰门限和自身增益进行自适应速率分割，从而实现所允许的传输速率成为亟待解决的关键问题。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供了铁路管理系统在i/q不平衡的cr-rsma网络中降低中断概率的方法，以解决现有技术中iq不平衡对于铁路智能监测cr-rsma网络下主用户中断性能降低以及次用户传输速率降低的问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
2、根据本专利技术实施例的第一方面，提供了铁路管理系统在i/q不平衡的cr-rsma网络中降低中断概率的方法，包括如下步骤：
3、建立iqi条件下的上行链路的cr-rsma网络系统模型，包括主用户a、次用户b和基站r；
4、基于cr-rsma网络系统模型，基站r对用户信息进行解码，得到主用户a和次用户b的信噪比；
5、为保证主用户a传输性能，对次用户b接入所带来的干扰设定阈值；
6、根据次用户b的干扰功率，确定不同情况的速率分割方式与功率复用因子；
7、基于不同情况的速率分割方式与功率复用因子，获取给定幅值和相位下的中断概率封闭表达式，得到最大化次用户b传输速率、最小化网络的中断概率。
8、在上述方案的基础上，所述基于不同情况的速率分割方式与功率复用因子，获取给定幅值和相位下的中断概率封闭表达式，得到最大化次用户b传输速率、最小化网络的中断概率的步骤，包括：
9、所述中断概率封闭表达式为
10、
11、其中：
12、pout为次用户b的中断概率，εb为次用户b的信噪比阈值，εa为主用户a的信噪比阈值，ρa为主用户a的输入信噪比，ρb用户b的输入信噪比；
13、均为常量；
14、表示基站r的iqi系数，μb、vb表示次用户b的iqi系数，μa、va表示主用户a的iqi系数，w为信道带宽。
15、在上述方案的基础上，所述建立iqi条件下的上行链路的cr-rsma网络系统模型，包括主用户a、次用户b和基站r的步骤，包括：
16、根据iqi模型可知，所述主用户a的信息可以表示为
17、
18、其中，“*”表示共轭，xa为主用户a的传输信号且满足e[|xj|2]＝1，pa为主用户a的发射功率，和表示主用户a的iqi系数，ζa和φa分别为主用户a的幅度和相位的失配参数，yas表示主用户a信号经i/q不平衡后传输的信息，表示主用户a到基站r的大尺度衰落；
19、所述次用户b，为保证主用户a的传输速率，需要对次用户b的信息进行分割；参考iqi模型，次用户b的两个子消息xb1、xb2可以分别表示为
20、
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【技术保护点】
1.铁路管理系统在I/Q不平衡的CR-RSMA网络中降低中断概率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的铁路管理系统在I/Q不平衡的CR-RSMA网络中降低中断概率的方法，其特征在于，所述基于不同情况的速率分割方式与功率复用因子，获取给定幅值和相位下的中断概率封闭表达式，得到最大化次用户B传输速率、最小化网络的中断概率的步骤，包括：
3.根据权利要求1所述的铁路管理系统在I/Q不平衡的CR-RSMA网络中降低中断概率的方法，其特征在于，所述建立IQI条件下的上行链路的CR-RSMA网络系统模型，包括主用户A、次用户B和基站R的步骤，包括：
4.根据权利要求1所述的铁路管理系统在I/Q不平衡的CR-RSMA网络中降低中断概率的方法，其特征在于，所述基于CR-RSMA网络系统模型，基站R对用户信息进行解码，得到主用户A和次用户B的信噪比的步骤，包括：
5.根据权利要求1所述的铁路管理系统在I/Q不平衡的CR-RSMA网络中降低中断概率的方法，其特征在于，所述为保证主用户A传输性能，对次用户B接入所带来的干扰设定阈值的
6.根据权利要求5所述的铁路管理系统在I/Q不平衡的CR-RSMA网络中降低中断概率的方法，其特征在于，所述根据次用户B的干扰功率，确定不同情况的速率分割方式与功率复用因子的步骤，包括：
7.根据权利要求1或3所述的铁路管理系统在I/Q不平衡的CR-RSMA网络中降低中断概率的方法，其特征在于，所述建立IQI条件下的上行链路的CR-RSMA网络系统模型，包括主用户A、次用户B和基站R的步骤，还包括：
8.一种铁路管理系统在I/Q不平衡的CR-RSMA网络，所述CR-RSMA网络包括主用户A、次用户B和基站R，在保障主用户A传输性能的前提下，次用户B根据干扰门限和自身增益进行自适应速率分割，得到最优速率分割参数表达式，以实现最大化次用户传输速率和最小化网络的中断概率，其特征在于，具体的方法如权利要求1-7任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.铁路管理系统在i/q不平衡的cr-rsma网络中降低中断概率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的铁路管理系统在i/q不平衡的cr-rsma网络中降低中断概率的方法，其特征在于，所述基于不同情况的速率分割方式与功率复用因子，获取给定幅值和相位下的中断概率封闭表达式，得到最大化次用户b传输速率、最小化网络的中断概率的步骤，包括：
3.根据权利要求1所述的铁路管理系统在i/q不平衡的cr-rsma网络中降低中断概率的方法，其特征在于，所述建立iqi条件下的上行链路的cr-rsma网络系统模型，包括主用户a、次用户b和基站r的步骤，包括：
4.根据权利要求1所述的铁路管理系统在i/q不平衡的cr-rsma网络中降低中断概率的方法，其特征在于，所述基于cr-rsma网络系统模型，基站r对用户信息进行解码，得到主用户a和次用户b的信噪比的步骤，包括：
5.根据权利要求1所述的铁路管理系统在i/q不平衡的cr-rs...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹沛桐，安然，刘慧中，班嘉阳，叶迎晖，卢光跃，
申请(专利权)人：中铁第一勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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