摘要
在第五代(FifthGeneration，5G)移动通信网络高速、海量物联场景下，用户数据流量产生爆炸式增长，通信设备的能耗压力也随之提升。为满足更严格的用户服务质量(QualityofService,QoS)需求，基于5G物联网(IntemetofThings，IoT)的中继网络资源分配规则和相应技术还有待进一步完善，同时能量效率(EnergyEfficiency，EE)与传输效率也需作为中继网络的重点性能指标进行权衡。因此，本文将无线数能同传(SimultaneousWirelessInformationandPowerTransfer，SWIPT)、非正交多址接入(Non-OrthogonalMultipleAccess，NOMA)以及中继协作三项技术相结合并进行建模与性能分析，旨在丰富高速率、低功耗绿色中继网络通信中的相关基础理论研究。 首先，本文构建了下行NOMA-SWIPT中继协作网络模型，其中近端用户配置SWIPT中继，可在解码NOMA叠加信号的同时，利用从基站(BaseStation，BS)收集的能量转发远端用户所需信号，从而获得网络能量效率和解码性能提升。接着，在此基础上提出一种时分资源分配规则，并推导了网络直连模式和协作模式下的能量效率表达公式。最后，为获得最优能效，提出了一种基于黄金分割的DinkelBach(GoldenSection-basedDinkelBach，GS-DinkelBach)迭代算法，该算法可以通过权衡基站发射功率与中继功分因子，实现网络能效优化。 另一方面，针对中继网络中用户的传输调制方法对系统性能的影响问题，本文基于混合调制策略更新了网络模型和运行机制，并设计了一种软判决解码(Soft-DecisionDecoding，SDD)方案实现叠加信号和混合调制信号的检测。与此同时，在NOMA功率分配因子对能效和解码性能影响趋势不一致的前提下，提出了一种联合能效(JointEnergyEfficiencyandModulation，JEEM)指标，并进行了相关网络性能的理论公式推导与仿真论证。 仿真与数值结果表明，NOMA-SWIPT中继协作网络相比传统的NOMA协作网络、直连网络等模型，具有更高的性能增益;针对能效优化的GS-DinkelBach算法能够以较低的计算复杂度获得系统增益。此外，基于混合调制策略的网络模型具有更自由的用户部署与通信模式选择，同时能够充分利用时分资源获得能量收集增益;提出的联合能效指标能够反映网络运行过程中的有效性能，避免了单一能效或解码性能最优时对应网络参数取值的矛盾。
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