一种下行IRS-NOMA多簇用户的功率分配方法组成比例

本发明专利技术提供了一种下行IRS

【技术实现步骤摘要】
一种下行IRS
‑
NOMA多簇用户的功率分配方法


[0001]本专利技术涉及视频通信
，具体而言，涉及一种下行IRS
‑
NOMA多簇用户的功率分配方法。

技术介绍

[0002]目前视频会议被广泛应用于社会不同行业的各项工作中，由于每个行业的用户对于视频会议系统有不同的需求，特别是涉及到全省乃至全国范围内的视频会议对于系统的海量接入、高速率以及低时延等特性的需求更高。由于视频会议需要进行即时的语音视频会话，因此其对通信系统的实时性与流畅性等方面均有很高的要求。因为若系统的实时性达不到要求即时延较大，就会出现一方参会者提问后很久，另一方参会者才听到然后回应或参会者看到的视频图像，其实并不是当前正发生画面的状况；若系统的流畅性达不到要求即速率较低，参会者接收到的音、视频会出现不平稳、卡顿或者突然变快的情况，显然上述状况会导致视频会议用户的体验非常糟糕。因此，具有低延迟和高速率的视频会议系统，可使参会者实时听到其它参会者的声音、展示电子演示内容、通过视频会议实现与其他参会人面对面交流，使参会者有身临其境的高体验感。
[0003]随着移动通信的迅猛发展，传统的多址接入技术难以满足现今视频会议对于通信系统的海量视频用户接入、高速率及低延迟等特性需求。而第五代移动通信(The 5th generation mobile communication,5G)的非正交多址接入(Non
‑
Orthogonal Multiple Access，NOMA)技术因其具有更高系统吞吐量和频谱效率等优点被通信业界广泛研究。不同于传统的正交多址接入(Orthogonal Multiple Access，OMA)技术，NOMA允许多个视频用户访问相同的正交资源块，如频带、时隙、空间方向等。NOMA在基站端为多个视频用户分配不同的功率，然后将这些视频用户的信号叠加在相同的时频资源上，视频用户接收到信号后采用串行干扰消除(Successive Interference Cancellation，SIC)技术依次检测期望接收的信号。具有较好信道条件的视频用户能够消除信道条件较差视频用户的信道内干扰。而NOMA技术中不同的功率分配方案不仅关系到各视频用户信号的检测次序，还可以影响到系统的可靠性和有效性。因此，可通过设计合理的功率分配算法有效地降低视频用户信号之间的多址干扰，提高系统的吞吐量。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术提出了IRS
‑
NOMA视频会议场景下多簇视频用户的最大化和速率的功率分配方法，该方法适用于包括1个基站、1个由N个反射元件组成的智能超表面(Intelligent Reflecting Surface，IRS)与2K个视频用户的下行NOMA系统，且所有的视频用户均配置单天线。
[0005]IRS是未来无线网络中提高网络覆盖范围的一种非常有潜力的方案。其中，IRS由大量无源元件组成，每个元件可以通过调整反射系数(包括相位和幅值)独立反射入射信号，从而在接收机处提高接收信号的功率。与传统的放大转发中继不同，IRS不具备信号处
理能力，IRS仅以被动方式反射信号，不会对反射信号增加附加噪声。此外，IRS可以通过增加其反射元件的数量，以较低的硬件成本和功耗提供较好通信的性能。近年来，NOMA带来的性能增益已经在各种场景下进行了研究及应用。而IRS
‑
NOMA视频会议系统则可以在提高网络覆盖范围的同时提高系统性能，更好地服务该视频会议系统的用户。
[0006]基站通过IRS辅助将信号发送至所有视频用户，且基站处、IRS及视频用户处均已知信道状态信息(Channel State Information,CSI)。首先，结合每个视频用户的信道条件及其的最低功率速率需求，计算得出每个视频用户所需的最低功率和每个簇所需的最低功率和；其次，将基站总功率和视频用户的最低功率速率需求作为约束条件，构建最大化系统所有簇和速率的功率分配最优化问题；然后，先求解最大化单簇内视频用户和速率的功率分配，进而得到单簇和速率与其的总功率之间的关系；最终，在不考虑单簇所需最低功率约束条件下，采用拉格朗日求解得到系统总功率速率最大时，每个簇的功率，再结合每个簇的最低功率约束分别为簇内的每个视频用户分配功率。
[0007]本专利技术提供一种下行IRS
‑
NOMA多簇用户的功率分配方法，包括以下步骤：
[0008]S1、基站根据视频用户的信道条件将2K个视频用户两两一组分为K簇，u
k1
表示为近端视频用户，u
k2
表示为远端视频用户，基站到智能超表面IRS每个反射元件的信道表示为h
i
，i＝1，2，...，N，u
km
表示第k个簇中的第m个视频用户，k＝1，2，...，K，m＝1，2，g
i，k1
和g
i，k2
分别表示为IRS到第k簇视频用户u
k1
和u
k2
的信道，其中|g
i，k1
|2≥|g
i，k2
|2，q
i，km
＝|q
i，km
|exp(jφ
i，km
)表示第i个IRS反射元件与第k簇的视频用户m间的反射系数，其中|q
i，km
|表示幅度，φ
i，km
表示相位；
[0009]S2、由已知的CSI，调整IRS参数，令以最大化接收信噪比SNR，其中与分别表示为信道h
i
与g
i，km
的相位系数，可得令|q
i，km
|＝1，即基站到IRS再到第k簇的第m个视频用户间的级联信道可由变为
[0010]S3、分别计算单个簇内两个视频用户通信所需的最低功率和该簇所需的总的最低功率；
[0011]p
k1
和p
k2
分别表示为u
km
中的u
k1
和u
k2
分配的功率，p
k1
≤p
k2
，p
k
＝p
k1
+p
k2
为第k个簇分配的总功率，计算得到p
k1
的取值满足p
k2
的取值满足其中，和分别为满足视频用户u
k1
和u
k2
最低单位带宽速率需求时对信干噪比SINR的最低要求，表示单个视频用户u
km
的最低功率速率需求，σ2是视频用户u
km
接收到的加性高斯白噪声AWGN n
km
的方差，基于u
k1
和u
k2
所需的最低功率表达式，令求导得得到f
′
(x)≥0恒成立，
即f(x)是关于x的单调递增函数，由于|g
i，k1
|≥|g...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种下行IRS
‑
NOMA多簇用户的功率分配方法，包括：S1、基站根据视频用户的信道条件将2K个视频用户两两一组分为K簇，u
k1
表示为近端视频用户，u
k2
表示为远端视频用户，基站到智能超表面IRS每个反射元件的信道表示为h
i
，i＝1，2，...，N，u
km
表示第k个簇中的第m个视频用户，k＝1，2，...，K，m＝1，2，g
i，k1
和g
i，k2
分别表示为IRS到第k簇视频用户u
k1
和u
k2
的信道，其中|g
i，k1
|2≥|g
i，k2
|2，q
i，km
＝|q
i，km
|exp(jφ
i，km
)表示第i个IRS反射元件与第k簇的视频用户m间的反射系数，其中|q
i，km
|表示幅度，φ
i，km
表示相位；S2、由已知的CSI，调整IRS参数，令以最大化接收信噪比SNR，其中与分别表示为信道h
i
与g
i，km
的相位系数，可得令|q
i，km
|＝1，即基站到IRS再到第k簇的第m个视频用户间的级联信道可由变为S3、分别计算单个簇内两个视频用户通信所需的最低功率和该簇所需的总的最低功率；p
k1
和p
k2
分别表示为u
km
中的u
k1
和u
k2
分配的功率，p
k1
≤p
k2
，p
k
＝p
k1
+p
k2
为第k个簇分配的总功率，计算得到p
k1
的取值满足p
k2
的取值满足其中，和分别为满足视频用户u
k1
和u
k2
最低单位带宽速率需求时对信干噪比SINR的最低要求，表示单个视频用户u
km
的最低功率速率需求，σ2是视频用户u
km
接收到的加性高斯白噪声AWGN n
km
的方差，基于u
k1
和u
k2
所需的最低功率表达式，令求导得得到f
′
(x)≥0恒成立，即f(x)是关于x的单调递增函数，由于|g
i，k1
|≥|g
i，k2
|即|A
k1
|2≥|A
k2
|2，故当C3成立时，一定成立，由此得到第k个簇所需最低总功率为S4、构建最大化系统所有簇和速率的功率分配最优化目标函数，将最大化系统所有簇和速率的功率分配最优化问题分解为多个最大化单簇视频用户和速率的功率分配最优化子问题；S5、求解步骤S4中的最优化子问题，得到单簇视频用户的最大和速率与单簇视频用户的功率的关系，并采用拉格朗日方法求得满足单簇视频用户所需最低功率约束的最优单簇视频用户的和速率；S6、循环构建满足单簇所需最低功率约束的最大化所有簇和速率的功率分配最优化问
题并求解，得到每个簇均满足其通信所需的最低功率条件下，使每个簇和速率最大的簇功率p
k
，k＝1，2，...K，依据此结果为每个簇内的视频用户分配功率。2.根据权利要求1所述的功率分配方法，所述S4步骤包括：S41，在每个簇满足单簇所需最低功率需求后，求得第k簇视频用户的功率p
k
与其单簇视频用户的和速率的关系如下：...

【专利技术属性】
技术研发人员：文彬，杨涛，
申请(专利权)人：北京电信易通信息技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：