Abstract-This paper undersöker tillämpningen av samtidig trådlös information och kraftöverföring (SWIPT) till kooperativ icke-ortogonal multipel åtkomst (NOMA). En ny kooperativ multiple-input single-output (MISO) SWIPT NOMA protokoll föreslås, där en användare med en stark kanal villkor fungerar som en energi-skördande (EH) relä för att hjälpa en användare med en dålig kanal tillstånd. Systemet för maktdelning (PS) antas vid EH-reläet. Genom att gemensamt optimera PS-förhållandet och de strålformande vektorerna är designmålet att maximera datahastigheten hos den "starka användaren" och samtidigt uppfylla QoS-kravet hos den "svaga användaren". Det handlar om ett utmanande icke-konvext problem. För att lösa detta problem, den semidefinita avkoppling (SDR) teknik tillämpas för att slappna av de kvadratiska termer relaterade till strålformarna, och sedan är det löst till sin globala optimalitet genom tvådimensionella uttömmande sökning. Vi bevisar rang-en optimalitet, dvs SDR täthet, som fastställer likvärdigheten mellan det avslappnade problemet och det ursprungliga. För att ytterligare minska den stora komplexiteten på grund av den uttömmande sökningen föreslås en iterativ algoritm baserad på successiv konvex approximation (SCA), som åtminstone kan uppnå sin stationära punkt effektivt. Med tanke på de potentiella tillämpningsscenarierna, t.ex. Internet of Things (IoT), studeras även fallet SISO (single-input single-output) för det kooperativa SWIPT NOMA-systemet. Det formulerade problemet har visat sig vara strikt enmodalt i förhållande till PS-förhållandet. Därför föreslås en gyllene sektionssökning (GSS) baserad algoritm med sluten lösning vid varje steg för att hitta den unika globala optimala lösningen. Det är värt att påpeka att SCA-metoden också kan konvergera till den optimala lösningen i SISO-fall. I den numeriska simuleringen visas numeriskt att den föreslagna algoritmen konvergerar inom några få iterationer, och Swipt-stödda NOMA-protokollet överträffar de befintliga överföringsprotokollen. Index Terms-Non-ortogonal multiple access (NOMA), samtidig trådlös information och kraftöverföring (SWIPT), semidefinit avkoppling, successiv konvex approximation, halvsluten-form lösning. Nyligen har stora intressen dragits i icke-ortogonal multipel åtkomst (NOMA), som är tänkt som en möjliggörande teknik för att förbättra spektral effektivitet (SE) i den kommande femte generationen (5G) nätverk [2], särskilt för att uppfylla kravet på Internet of Things (IoT) för att stödja massiv anslutning [3]. Nyckelidén med NOMA är att realisera flera åtkomster i kraftdomänen, vilket gör att flera användare samtidigt kan skäras av vid samma resurselement, t.ex. tidsfack, frekvensband och spridningskoder. Genom att använda effektdomänmultiplexing vid sändaren och successiv störningsavstängning (SIC) vid mottagare, NOMA systemet kan uppnå en bättre systemprestanda jämfört med den konventionella ortogonal multipel åtkomst (OMA) system [4]- [6]. På grund av framstegen inom multiple-input multiple-output-teknik (MIMO) har kombinationen av NOMA och MIMO undersökts för att ytterligare förbättra systemet SE [7]-[9]. En multiple-input single-output (MISO) NOMA system beaktades i [10], där nedlänken summan maximeras genom att tillämpa minimering-maximization (MM) metod. Ett kooperativt NOMA-system med relästöd [11] föreslogs för att förbättra kommunikationens tillförlitlighet hos de användare som använder cellkärnan, där cellcentralanvändarna fungerar som reläer för att hjälpa dem som använder cellkärnan. Förutom kravet på hög SE är energieffektiviteten (EE) också en nyckelindikator i 5G. Som en lovande lösning för att förbättra EE, Sökande energi från miljön för att driva kommunikationssystemet har studerats intensivt under de senaste åren [12], [13]. Eftersom radiofrekvens (RF) signaler kan bära både information och energi, samtidig trådlös information och kraftöverföring (SWIPT) infördes ursprungligen i [14] och lockade ökad uppmärksamhet i kommunikationsforskning gemenskapen [15], [16]. För att hantera begränsningen av den senaste kretskonstruktionen undersöktes i synnerhet två praktiska mottagararkitekturer, nämligen tidsbytesmottagaren (TS) och strömdelningsmottagaren (PS) [15]. Sändardesignen för SWIPT i en MISO-interferenskanal beaktas i [16], och där studerades totalhastighetsmaximeringsproblem under fyra praktiska mottagararkitekturer. För att utnyttja mångfaldsvinsten av den kooperativa överföringen, många
Särskilt arbetet i REF övervägde att införliva SWIPT i kooperativa MISO SC-NOMA-system och utvecklade en strategi för att gemensamt optimera PS-förhållandet och strålformande vektorer för att maximera datahastigheten för ''stark användare'' samtidigt som QoS-kraven för ''svagare användare'' uppfylls.
Joint Beamforming and Power Splitting Control in Downlink Cooperative SWIPT NOMA Systems
{'venue': 'IEEE Transactions on Signal Processing', 'journal': 'IEEE Transactions on Signal Processing', 'mag_field_of_study': ['Mathematics', 'Computer Science']}