[发明专利]基于NOMA的无线携能通信系统最大安全速率优化方法

说明书

本发明公开了一种基于NOMA的无线携能通信系统最大安全速率优化方法，所述方法先建立基于NOMA的无线携能通信系统，系统部署有一个小区基站BS，M个信息接收机IR和K个能量接收机ER，其中ER从BS发射出的射频信号中获取能量，并会窃听BS发送给IR的信息；根据NOMA技术的原理，BS发送给IR的信息通过叠加编码技术发射信号，表达式如下：式中，a_m是第m个IR的信号发射功率分配系数，P是BS的信号发射总功率，x_m是第m个IR的机密信息，σ²是加性高斯白噪声；通过调整优化参数a_m，所述方法能够实现为ER提供一定能量，为IR提供一定信息速率，并在ER窃听信息的情况下，为IR提供最大的安全信息速率的目的。

技术领域

本发明涉及无线传输领域，具体涉及一种基于NOMA的无线携能通信系统最大安全速率优化方法。

背景技术

随着网络日益增长，设备接入和业务需求越来越大，频谱资源日益匮乏，所需的能耗也大大增加。NOMA(Non-orthogonal Multiple Access，非正交多址接入)作为一种可以提供更高的频谱效率以及更多接入的技术，从而获得更多的关注，成为了下一代移动通信多址技术的热门候选之一。不同于以往3G的码分接入和4G的正交频分复用，NOMA系统将同样频谱资源分配给多个用户，并通过分配不同的功率来实现功率复用，而信道条件好的用户进行SIC(串行干扰消除)来消除来自其他用户的干扰，从而增加系统的总容量。

无线携能通信(SWIPT，Simultaneous Wireless Information and PowerTransfer)被认为是为能量受限的无线系统供能的一种有效方法。相比传统的风能、太阳能等自然能源，能量接收机可以从周围环境的射频信号中获取能量。在无线网络中采用SWIPT可以有效地避免低能无线电池的频繁充电。另外，设备可以近距离部署在基站周围，使得移动设备可以获取更多能量。由于功率灵敏度对能量接收端和信息接收端的要求不同，能量接收机相较于信息接收机有更好的信道条件，因此能量接收机可以窃听基站传输给信息接收机的信息。但是现有的网络都是单一的NOMA网络或SWIPT网络，无法同时解决接入和能耗的问题以及关于安全性的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，为解决设备接入和能耗的问题，在保障系统用户信息吞吐量和能量获取量的情况下，优化功率分配最大化系统安全速率，提供了一种基于NOMA的无线携能通信系统最大安全速率优化方法。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

基于NOMA的无线携能通信系统最大安全速率优化方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、假设所述的无线携能通信系统部署有一个小区基站BS，M个信息接收机 IR和K个能量接收机ER，其中ER从BS发射出的信号中获取能量，并能够窃听BS 发送给IR的机密信息；根据BS获取到的IR和ER的信道增益以升序排列，得到0|h₁|²≤|h₂|²≤...≤|h_M|²和0|g₁|²≤|g₂|²≤...≤|g_K|²，其中|h_m|²表示BS到第m个IR的信道增益，m＝1、2...M，|g_k|²表示BS到第k个ER的信道增益，k＝1、2...K，根据NOMA 的原理，BS发送给IR的机密信息通过叠加编码技术发送给IR，则BS发射出的信号表达式如下：式中，a_m是第m个IR的信号发射功率分配系数，P 是BS的信号发射总功率，x_m是第m个IR的机密信息，σ²是加性高斯白噪声；