一种智能反射面协助的两小区NOMA上行低功耗传输方法技术

本发明专利技术公开了一种智能反射面协助的两小区NOMA上行低功耗传输方法，包括以下步骤：步骤a、得到基站b处接收信号的表达式z

【技术实现步骤摘要】
一种智能反射面协助的两小区NOMA上行低功耗传输方法
本专利技术具体涉及一种智能反射面协助的两小区NOMA上行低功耗传输方法，属于无线通信中智能反射面

技术介绍
智能反射面(IRS)被认为是下一代移动通信的关键技术之一，其由可配置电磁超材料制造而成，是未来无线通信中一种低成本而高能效的解决方案。智能反射面可部署在建筑物的外立面或者房屋的顶部，通过实时调整入射信号的相位，可有效对抗无线电磁传播环境的随机性。另一方面，非正交多址接入(NOMA)技术采用串行干扰删除接收机在新的功率域区分不同用户信号，相比于正交多址接入，NOMA可实现在相同数目的时频资源块上支持更多的并发连接数。智能反射面与NOMA的融合可更加高效的利用频谱与功率资源，因而受到广泛的关注。在多小区智能反射面协助的NOMA系统中，传统的正交多址传输方案与无智能反射面协助的NOMA方案均无法联合利用该系统中智能反射面与NOMA的优势，并且，对于简单的智能反射面相位偏移设计方案，比如，随机相位设计、均等相位设计，均无法充分利用瞬时信道状态信息智能地配置无线传输环境，因此，随机相位设计与均等相位设计方法均无法最大限度地发挥智能反射面在多小区系统中增强有用信号与抑制干扰信号两方面的优势，从而影响了智能反射面协助的NOMA系统的功率效率。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，解决现有技术的不足，提供一种能够实时配置无线信道传播环境，降低系统的总发射功耗的智能反射面协助的两小区NOMA上行低功耗传输方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种智能反射面协助的两小区NOMA上行低功耗传输方法，包括以下步骤：步骤a、在NOMA传输模式下，中心用户与边缘用户工作在相同的时频资源块，得到基站b处接收信号的表达式zb；步骤b、根据用户解调次序，在各个基站处先解调中心用户的信号，得到中心用户的信干噪比表达式γC,b；步骤c、中心用户解调完成后，各个基站从接收信号中删除已恢复的中心用户信号，并将残余的边缘用户信号传送到中心单元进行联合检测，中心单元采用最大比合并技术处理来自两个基站的信号，得到边缘用户的信干噪比表达式γE；步骤d、以基站b服务的中心用户发射功率系数{βC,b,b＝1,2}，边缘用户的发射功率系数βE和相位偏移矩阵Φ为优化变量，系统总发射功耗为目标函数，在满足中心用户与边缘用户信干噪比阈值的前提下，构建约束优化问题P0；步骤e、根据中心用户与边缘用户发射功率与相位偏移矩阵之间的关系，将原约束优化问题P0转化为约束优化问题P1，转化后问题P1的优化变量只包含相位偏移变量步骤f、利用转化问题P1所含矩阵的低秩特性，采用施密特正交化对低秩矩阵做进一步分解，将优化问题P1进一步转化为优化问题P2；步骤g、忽略约束优化问题P2的限制条件，根据广义瑞利熵的性质，采用特征值分解得到优化问题P2的最优解步骤h、将得到的最优解进行调整，调整的原则是使得优化问题P2的最优解与调整后的可行解之间夹角最小，从而得到满足限制条件的最优相位偏移量步骤i、根据步骤h得到的最优相位偏移量构建最佳相位偏移矩阵Φ，再根据步骤e中相位偏移与功率分配之间的关系，分别得到中心用户与边缘用户所需的发射功率。步骤a中，基站b中心用户的发送信号xC,b与边缘用户的发送信号xE在相同的时频资源块上传输，那么，基站b处的接收信号可以表示为其中，βC,b为基站b服务的中心用户发射功率系数，βE为边缘用户的发射功率系数，hC,b为基站b与其服务的中心用户之间的信道系数，hE,b为边缘用户到基站b的信道系数，为智能反射面到基站b的信道向量，hE,I为智能反射面与边缘用户之间的信道向量，vb为基站b处的加性噪声信号，其服从均值为0、方差为的复高斯分布，Φ是一个对角矩阵表示智能反射面的相位偏移；相位偏移矩阵可以表示为Φ＝diag{w1,…,wN}，其中，0≤θn＜2π，diag{·}为对角化运算，N为智能反射面上所部署的反射单元数目，θn为第n个反射单元的相位偏移量，j为虚数单位，即步骤b中，在解调中心用户信号时，将边缘用户的信号当成干扰，那么，基站b的中心用户信干噪比可以表示为步骤c中，边缘用户的接收信干噪比可以表示为步骤d中，为了最小化系统总发送功耗，优化问题P0可以表示为P0：s.t.C1：C3：|wn|＝1,1≤n≤N，其中，与为基站b的中心用户与边缘用户信干噪比阈值，限制条件C1与C2用于满足中心用户与边缘用户的服务质量，限制条件C3用于满足智能反射面各个反射单元的幅度都为1。步骤e中，根据矛盾法，可以得到优化问题P0取最优值时，限制条件C1与C2取等号，那么边缘用户所需的发射功率为相应地，中心用户所需的发射功率可以表示为定义相位偏移向量u＝[w1,…,wN]T，级联信道状态信息那么，代入由限制条件C1与C2得到的发射功率与表达式，优化问题P0的目标函数可以表示为其中，为了进一步将目标函数写成压缩形式，定义相位偏移增广向量级联信道状态信息增广向量表示信道系数hE,b的共轭，并利用的特性,优化问题P0的目标函数可以进一步表示为其中，这里的IN+1表示(N+1)×(N+1)的单位矩阵；基于上述目标函数，优化问题P0可以进一步转为优化问题P1，如下：P1：s.t.C4：wN+1＝1,|wn|＝1,1≤n≤N。步骤f中，对级联信道增广向量进行施密特正交化，可以得到其中，‖·‖表示向量的2范数，和分别表示小区1与小区2中级联信道增广向量；基于正交向量{q1,q2}，构建一个正交矩阵Q＝[q1,q2,q3,…,qN+1]，其中，{q3,…,qN+1}为{q1,q2}的正交向量，那么优化问题P1中的矩阵{Bb,b＝1,2}可以分解为Bb＝QΛbQH,b＝1,2，其中，Λ1＝diag{A1,0N-1}，0N-1表示(N-1)×(N-1)的全零矩阵，ρ*表示ρ的共轭；优化问题P1的优化目标可以表示为相应地，优化问题P1可以进一步转化为优化问题P2，如下：P2：s.t.C4：wN+1＝1,|wn|＝1,1≤n≤N。步骤g中，根据广义瑞利熵性质可知，优化问题P2中的最优解为矩阵最大特征值所对应的特征向量，其中，可以表示为为了得到矩阵的特征分解，先对矩阵做特征值分解，如下：其中，δk表示矩阵的第k个特征值，U表示所有特征向量组成的矩阵；通过一维搜索，找出最大特征值的下标序号，其可以表示为k*＝argmaxk{δk,1≤k≤2}；因此，的最大特征值所对应的特征向量为其中，表示矩阵的第m行第k*列对应的元素。步骤h中，调整后的可行解定义为调整的目标是使得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能反射面协助的两小区NOMA上行低功耗传输方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤a、在NOMA传输模式下，中心用户与边缘用户工作在相同的时频资源块，得到基站b处接收信号的表达式z

【技术特征摘要】
1.一种智能反射面协助的两小区NOMA上行低功耗传输方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a、在NOMA传输模式下，中心用户与边缘用户工作在相同的时频资源块，得到基站b处接收信号的表达式zb；
步骤b、根据用户解调次序，在各个基站处先解调中心用户的信号，得到中心用户的信干噪比表达式γC，b；
步骤c、中心用户解调完成后，各个基站从接收信号中删除已恢复的中心用户信号，并将残余的边缘用户信号传送到中心单元进行联合检测，中心单元采用最大比合并技术处理来自两个基站的信号，得到边缘用户的信干噪比表达式γE；
步骤d、以基站b服务的中心用户发射功率系数{βC，b，b＝1，2}，边缘用户的发射功率系数βE和相位偏移矩阵Φ为优化变量，系统总发射功耗为目标函数，在满足中心用户与边缘用户信干噪比阈值的前提下，构建约束优化问题P0；
步骤e、根据中心用户与边缘用户发射功率与相位偏移矩阵之间的关系，将原约束优化问题P0转化为约束优化问题P1，转化后问题P1的优化变量只包含相位偏移变量
步骤f、利用转化问题P1所含矩阵的低秩特性，采用施密特正交化对低秩矩阵做进一步分解，将优化问题P1进一步转化为优化问题P2；
步骤g、忽略约束优化问题P2的限制条件，根据广义瑞利熵的性质，采用特征值分解得到优化问题P2的最优解
步骤h、将得到的最优解进行调整，调整的原则是使得优化问题P2的最优解与调整后的可行解之间夹角最小，从而得到满足限制条件的最优相位偏移量
步骤i、根据步骤h得到的最优相位偏移量构建最佳相位偏移矩阵Φ，再根据步骤e中相位偏移与功率分配之间的关系，分别得到中心用户与边缘用户所需的发射功率。


2.根据权利要求1所述的一种智能反射面协助的两小区NOMA上行低功耗传输方法，其特征在于：
步骤a中，基站b中心用户的发送信号xC，b与边缘用户的发送信号xE在相同的时频资源块上传输，那么，基站b处的接收信号可以表示为
其中，βC，b为基站b服务的中心用户发射功率系数，βE为边缘用户的发射功率系数，hC，b为基站b与其服务的中心用户之间的信道系数，hE，b为边缘用户到基站b的信道系数，为智能反射面到基站b的信道向量，hE，I为智能反射面与边缘用户之间的信道向量，vb为基站b处的加性噪声信号，其服从均值为0、方差为的复高斯分布，Φ是一个对角矩阵表示智能反射面的相位偏移；相位偏移矩阵可以表示为Φ＝diag{w1，...，wN}，其中，0≤θn＜2π，diag{·}为对角化运算，N为智能反射面上所部署的反射单元数目，θn为第n个反射单元的相位偏移量，j为虚数单位，即


3.根据权利要求2所述的一种智能反射面协助的两小区NOMA上行低功耗传输方法，其特征在于：步骤b中，在解调中心用户信号时，将边缘用户的信号当成干扰，那么，基站b的中心用户信干噪比可以表示为





4.根据权利要求3所述的一种智能反射面协助的两小区NOMA上行低功耗传输方法，其特征在于：步骤c中，边缘用户的接收信干噪比可以表示为





5.根据权利要求4所述的一种智能反射面协助的两小区NOMA上行低功耗传输方法，其特征在于：步骤d中，为了最小化系统总发送功耗，优化问题P0可以表示为
P0：
s.t.C1：
C2：
C3：|wn|＝1，1≤n≤N，
其中，与为基站b的中心用户与边缘用户信干噪比阈值，限制条件C1与C2用于满足中心用户与边缘用户的服务质量，限制条件C3用于满足智能反射面各个...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鸿，刘陈，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32