一种CR-NOMA车联网的协同传输方法及系统

本发明涉及网络传输，尤其涉及一种cr-noma车联网的协同传输方法及系统。

背景技术：

1、随着6g与智能交通系统（its）的深度融合，车联网（iov）对海量连接、超高可靠和低延迟通信提出了严苛要求。然而，传统以固定路侧单元（rsu）为主的网络架构存在覆盖盲区、弹性不足等问题。车载移动基站（vmbs）作为一种动态可部署的通信节点，能有效弥补这些短板，但自身面临能量受限和频谱资源稀缺的双重挑战。同时，位于vmbs覆盖边缘的用户由于路径损耗大，服务质量（qos）难以保障。

2、认知无线电（cr）与非正交多址接入技术（cr-noma）的融合是提升频谱效率的有效途径，而协调直传与中继传输（cdrt）技术能通过动态选择直传或中继链路来保障边缘用户覆盖。无线携能通信（swipt）技术则为解决vmbs的能量供给问题提供了可能。

3、然而，将上述技术融合应用于vmbs使能的车联网时，面临一个核心难题：非理想干扰消除。在实际系统中，noma的串行干扰消除（sic）难以做到完美，存在残余干扰（ipsic）；同时，全双工（fd）中继在提升频谱效率的同时，会引入难以完全消除的自干扰（rsi）和对主网络的跨层干扰（ci）。现有研究或基于理想干扰消除假设，或仅考虑单一非理想因素，未能在一个统一的框架下，全面刻画非理想干扰消除对融合了cdrt和swipt的cr-noma车联网系统性能的深刻影响，导致理论分析与实际应用存在偏差，难以精准指导系统设计与参数优化。

4、因此，迫切需要一种新的传输机制与分析方法，能够有效整合cdrt与swipt技术优势，并在充分考虑多种非理想干扰消除因素的前提下，精确评估和优化系统性能，以实现vmbs的能量自持和边缘用户的高可靠覆盖。

技术实现思路

1、本发明提供一种cr-noma车联网的协同传输方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，一种cr-noma车联网的协同传输方法，应用于包含主网络发射机、主网络接收机、车载移动基站、全双工中继、次网络中心用户及次网络边缘用户的系统中，所述方法包括：

3、第一传输阶段：

4、s1、主网络发射机向主网络接收机、车载移动基站及次网络中心用户广播主信号；

5、s2、所述车载移动基站采用功率分流技术，根据预设的能量收集比例系数，将接收到的所述主信号划分为用于能量采集的第一支路信号和用于信息解码的第二支路信号；所述车载移动基站从所述第一支路信号中采集能量以支持后续传输，并对所述第二支路信号进行解码，尝试恢复所述主信号；

6、第二传输阶段：

7、s3、当所述车载移动基站成功解码所述主信号后，利用采集的能量，将再生主信号、第一用户信号及第二用户信号按照非正交多址接入原则进行功率域叠加，生成第一复合信号；所述再生主信号、第二用户信号、第一用户信号的功率分配系数依次减小；所述车载移动基站向所述全双工中继及所述次网络中心用户广播所述第一复合信号；

8、s4、所述全双工中继接收所述第一复合信号，基于非理想干扰消除技术，依次解码出所述再生主信号和目标次用户信号，所述目标次用户信号为所述第二用户信号；其中，所述非理想干扰消除包括对全双工自干扰的非理想抑制和对非正交多址接入用户间干扰的非理想消除；

9、s5、所述全双工中继将解码出的所述目标次用户信号转发至所述次网络边缘用户；同时，所述主网络接收机对来自所述全双工中继的干扰信号执行非理想干扰消除，并将干扰消除后的信号与在第一传输阶段接收的所述主信号进行最大比合并，得到最终接收信号；

10、s6、所述次网络中心用户接收所述第一复合信号，基于非正交多址解码顺序，利用非理想干扰消除技术，依次消除所述再生主信号和所述第二用户信号后，提取所述第一用户信号作为自身信号；所述次网络边缘用户接收所述全双工中继转发的信号，提取所述第二用户信号作为自身信号。

11、进一步地，所述方法还包括定义多个功率临界比以对系统传输性能进行划分和评估，所述功率临界比包括：

12、主网功率分配比，用于表征主信号在接收端是否具备足够的解码功率优势；

13、边缘用户功率优势比，用于表征第二用户信号相对于第一用户信号是否具备充足的解码功率优势；

14、中心用户解码功率余量比，用于表征次网络中心用户在消除干扰信号后，剩余功率是否足以支持解码自身信号；

15、中继串行解码比，用于表征在全双工中继处，再生主信号与第二用户信号之间是否满足串行干扰消除的功率协调条件。

16、进一步地，所述步骤s4中，所述全双工中继解码出所述再生主信号和目标次用户信号的可行性，由所述主网功率分配比、所述边缘用户功率优势比以及所述中继串行解码比共同约束。

17、进一步地，所述次网络中心用户成功提取自身信号的可行性，由所述主网功率分配比、所述边缘用户功率优势比以及所述中心用户解码功率余量比共同约束。

18、进一步地，所述步骤s2包括：

19、所述车载移动基站的功率分流器，根据预设的能量收集比例系数对接收到的所述主信号的功率进行划分，得到具有第一功率占比的第一支路信号和具有第二功率占比的第二支路信号，所述第二功率占比为所述第一功率占比的补数；

20、所述车载移动基站通过整流电路，将所述第一支路信号的射频能量转换为直流能量并存储；

21、所述车载移动基站对所述第二支路信号进行下变频、模数转换及基带解调处理，并进行信道解码，以尝试恢复所述主信号所承载的原始信息。

22、进一步地，所述全双工中继执行非理想干扰消除的步骤包括：

23、所述全双工中继基于自身发射信号的先验知识及对自干扰信道的估计，在包含自干扰的接收信号中重构出自干扰信号的估计值，并从接收信号中减去所述估计值，形成残留自干扰信号；

24、所述全双工中继对包含所述残留自干扰的信号，按照功率从高到低的非正交多址解码顺序，首先解码出所述再生主信号，并从接收信号中消除所述再生主信号的分量；

25、所述全双工中继对消除再生主信号分量后的剩余信号再次执行解码操作，以恢复出所述目标次用户信号。

26、进一步地，所述步骤s5中，所述主网络接收机对来自所述全双工中继的干扰信号执行非理想干扰消除的步骤包括：

27、所述主网络接收机基于预先获取的所述全双工中继干扰信号的先验知识及对干扰信道的估计，重构出干扰信号的估计值，并从接收信号中减去所述估计值，以抑制所述全双工中继产生的跨层干扰。

28、本发明还提供了一种cr-noma车联网的协同传输系统，所述系统包括：

29、主信号广播模块：用于控制主网络发射机在第一传输阶段向主网络接收机、车载移动基站及次网络中心用户广播主信号；

30、车载移动基站处理模块：用于控制所述车载移动基站采用功率分流技术，根据预设的能量收集比例系数，将接收到的所述主信号划分为能量采集部分与信息解码部分，从所述能量采集部分获取能量，并对所述信息解码部分进行解码；

31、复合信号生成与广播模块：用于在所述车载移动基站成功解码所述主信号后，控制所述车载移动基站利用采集的能量，将再生主信号、第一用户信号及第二用户信号按非正交多址原则进行功率域叠加，生成第一复合信号，并向全双工中继及次网络中心用户广播；

32、中继干扰消除与解码模块：用于控制所述全双工中继对接收到的所述第一复合信号进行非理想干扰消除，并解码出所述再生主信号与目标次用户信号，所述目标次用户信号为所述第二用户信号；

33、最终接收信号合成模块：用于控制所述全双工中继将所述目标次用户信号转发至次网络边缘用户，同时控制所述主网络接收机对来自所述全双工中继的干扰信号进行非理想干扰消除，并结合第一传输阶段接收的所述主信号，通过最大比合并得到最终接收信号；

34、次网络用户信号提取模块：用于控制所述次网络中心用户基于非正交多址解码顺序和非理想干扰消除技术，从所述第一复合信号中提取所述第一用户信号，以及控制所述次网络边缘用户从所述全双工中继转发的信号中提取所述第二用户信号。

35、进一步地，所述中继干扰消除与解码模块和所述次网络用户信号提取模块，进一步根据预设的多个功率临界比来评估和确定信号解码的可行性；所述功率临界比包括主网功率分配比、边缘用户功率优势比、中心用户解码功率余量比以及中继串行解码比。

36、进一步地，所述车载移动基站处理模块包括：

37、功率分流器：用于根据预设的能量收集比例系数，将接收信号功率动态划分为用于能量采集的第一支路信号和用于信息解码的第二支路信号；

38、能量采集与存储单元：用于将所述第一支路信号的射频能量转换为直流能量并存储；

39、信息解码单元：用于对所述第二支路信号进行解调和解码，以恢复所述主信号。

40、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

41、1、本发明首次在vmbs使能的cr-noma车联网框架下，有机融合了cdrt与swipt技术，提出了一种完整的c-s协作传输机制。该机制使vmbs既能从主网信号中采集能量实现自维持，又能通过中继协作为边缘用户提供可靠覆盖，实现了能量域与协作域的高效协同。

42、2、本发明构建了全面的非理想干扰消除模型，同时考虑了fd中继的残余自干扰（rsi）、跨层干扰（ci）以及noma的非理想sic（ipsic），使得系统模型和分析结果更贴近实际车联网的复杂通信环境。

43、3、本发明创造性地引入并定义了四个关键功率临界比，将复杂的非理想干扰消除下的性能分析转化为对功率分配系数不等式的讨论。这不仅推导出了精确的中断概率和吞吐量闭合表达式，更清晰地揭示了系统在不同功率配置和信道条件下的工作状态及性能瓶颈，为系统的优化设计提供了明确的理论指导。仿真结果表明，相较于传统方案，本发明在特定条件下能显著降低边缘用户中断概率并提升系统吞吐量。

44、4、通过仿真验证，本发明明确了所提机制展现性能优势的约束条件，例如当中继的sic能力达到一定阈值时，本发明的协作增益将占主导。这为实际部署中干扰消除技术的研发和系统参数的优化指明了方向。