下行链路协作 SWIPT NOMA 系统中的联合波束成形与功率分配控制

Yanqing Xu; Chao Shen; Zhiguo Ding; Xiaofang Sun; Shi Yan; Gang Zhu; Zhangdui Zhong

doi:10.1109/TSP.2017.2715008

下行链路协作 SWIPT NOMA 系统中的联合波束成形与功率分配控制

信息论 2017-08-02 v1 math.IT

作者: Yanqing Xu , Chao Shen , Zhiguo Ding , Xiaofang Sun , Shi Yan , Gang Zhu , Zhangdui Zhong

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摘要

本文研究了同时无线信息与功率传输 (SWIPT) 在协作非正交多址接入 (NOMA) 中的应用。提出了一种新的协作多输入单输出 (MISO) SWIPT NOMA 协议，其中信道条件较强的用户作为能量收集 (EH) 中继以帮助信道条件较差的用户。EH 中继采用功率分配 (PS) 方案。通过联合优化 PS 比例和波束成形向量，设计目标是最大化“强用户”的数据速率，同时满足“弱用户”的 QoS 要求。该问题归结为一个具有挑战性的非凸问题。为解决此问题，应用半定松弛 (SDR) 技术松弛与波束成形器相关的二次项，随后通过二维穷举搜索求解其全局最优解。我们证明了秩一最优性，从而确立了松弛问题与原问题之间的等价性。为进一步降低穷举搜索带来的高复杂度，提出了一种基于逐次凸逼近 (SCA) 的迭代算法，该算法能够至少有效地达到其稳定点。鉴于物联网等潜在应用场景，本文还研究了协作 SWIPT NOMA 系统的单输入单输出 (SISO) 情形。证明了所构建的问题关于 PS 比例具有严格单峰性。因此，提出了一种基于黄金分割搜索 (GSS) 且每步具有闭式解的算法来寻找唯一的全局最优解。值得指出的是，SCA 方法在 SISO 情形下也能收敛到最优解。数值仿真表明，所提算法在少数几次迭代内即可收敛，且 SWIPT 辅助的 NOMA 协议优于现有的传输协议。

关键词

SWIPT NOMA 波束成形功率分配协作中继半定松弛逐次凸逼近

引用

@article{arxiv.1706.02851,
  title  = {Joint Beamforming and Power Splitting Control in Downlink Cooperative SWIPT NOMA Systems},
  author = {Yanqing Xu and Chao Shen and Zhiguo Ding and Xiaofang Sun and Shi Yan and Gang Zhu and Zhangdui Zhong},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1706.02851},
  year   = {2017}
}

备注

13 pages, 10 figures, to appear in IEEE Transactions on Signal Processing (TSP), 2017

下行链路协作 SWIPT NOMA 系统中的联合波束成形与功率分配控制

摘要

关键词

引用

备注

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