一种RIS辅助多载波NOMA传输系统参数优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种RIS辅助多载波NOMA传输系统参数优化方法，该方法以最大化系统能效为目标，分别建立子载波分配模型、用户解码顺序模型和用户功率与RIS反射系数模型；针对子载波分配模型，提出基于信道增益排序的匹配方法；其次针对子载波内的用户解码顺序模型，提出了一种低复杂度的解码顺序优化方法；最后针对用户功率与RIS反射系数模型，使用了用户功率和RIS反射系数交替迭代的联合优化方法。采用本发明专利技术方法，能有效的改善信道质量，提升系统能效。统能效。

【技术实现步骤摘要】
一种RIS辅助多载波NOMA传输系统参数优化方法


[0001]本专利技术涉及NOMA通信
，特别是涉及一种RIS辅助多载波NOMA传输系统参数优化方法。

技术介绍

[0002]目前关于RIS辅助的多载波NOMA下行传输能效最大化的应用中，已有针对两个用户的特殊场景和未考虑解码顺序最大化能效的联合优化方法，但是考虑解码顺序的同时，优化子载波分配、多用户功率分配及RIS反射系数控制的研究和应用较少。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种RIS辅助多载波NOMA传输系统参数优化方法，用以解决
技术介绍
中提及的问题。本专利技术针对RIS辅助的多载波NOMA下行传输系统，以最大化系统能效为目标函数，考虑到基站最大发射功率和RIS反射系数的约束，研究了子载波分配、解码顺序、功率分配和RIS反射系数的联合优化问题。
[0004]为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种RIS辅助多载波NOMA传输系统参数优化方法，包括如下步骤：
[0006]步骤S1、建立能效最大化模型，该能效最大化模型A1表述为：
[0007][0008]约束条件：
[0009]C1:
[0010]C2:
[0011]C3:
[0012]C4:
[0013]C5:
[0014]C6:θ
m
∈[0,2π),m＝1,
…
,M
[0015]公式中，RIS反射单元个数为M，第m个反射单元的相位为θ
m
,m＝0,1,
…
,M，是RIS的反射系数矩阵，diag[
·
]表示向量对角化；K为用户个数，
表示用户集合；N为子载波个数，表示子载波集合，规定每个用户能且仅能被分配给一个子载波；δ
n,k
为子载波分配的指示变量，δ
n,k
＝1表示将子载波n分配给用户k，δ
n,k
＝0表示不分配，δ＝{δ
1,1
,
…
,δ
1,K
,
…
,δ
n,1
,
…
,δ
n,K
,
…
,δ
N,1
,
…
,δ
N,K
}为子载波分配状态集合；a
n,k
表示分配给子载波n上的用户k的功率，a＝{a
1,1
,
…
,a
1,K
,
…
,a
n,1
,
…
,a
n,K
,
…
,a
N,1
,
…
,a
N,K
}为用户功率集合；v
n,k
，f
n
和g
n,k
分别表示子载波n到用户k、子载波n到RIS以及RIS到用户k的信道矩阵，(
·
)
H
表示共轭转置；o
n
(k)表示子载波n上用户k的解码顺序，o
n
(k)＝j表示用户k是第j个解码的用户，o＝{o1(1),
…
,o1(K),
…
,o
n
(1),
…
,o
n
(K),
…
,o
N
(1),
…
,o
N
(K)}为解码顺序集合；σ2表示均值为0的加性高斯白噪声的方差；P
c
为系统消耗的总的电路功率；子载波n上用户k的速率为R
n,k
表示为|
·
|表示对复数取模；假设o
n
(k)＜o
n
(j)，用户k的信号在用户j处解码的速率R
n,j
→
k
表示为P
max
为基站处的最大发射功率；
[0016]步骤S2、求解所述能效最大化模型，具体步骤如下：
[0017]步骤S201、初始RIS的反射系数矩阵Θ对角线上第m个元素为：
[0018]子载波n到用户k的信道矩阵为v
n,k
，相应的信道增益为|v
n,k
|，n
′
,k
′
为最小的子载波号和用户号，∠(
·
)表示复数对应的角度；用户k的信道增益为用户k选择最大的子载波令δ
n,k
＝0,n≠n
*
；所有用户选择子载波后，得到子载波分配状态集合δ；
[0019]步骤S202、利用步骤S201得到子载波分配状态集合δ的值，令未分配到子载波n的用户k的|v
n,k
|＝0；在子载波n上，对所有用户按照的值从小到大排序，记用户k的|v
n,k
|值排序为i
n
，则o
n
(k)＝i
n
；对所有子载波排序完毕后，得到解码顺序集合o；
[0020]步骤S203、得到子载波分配状态集合δ和解码顺序集合o后，对模型A1的约束C3进行化简；将模型A1转为关于为用户功率集合a与RIS的反射系数矩阵Θ的能效最大化模型B1为：
[0021][0022]约束条件：
[0023]C1:
[0024]C2:
[0025]C3:
[0026]C4:θ
m
∈[0,2π),m＝1,
…
,M
[0027]步骤S204、迭代求解能效最大化模型B1，在第i次迭代中，求解过程如下：
[0028]步骤S2041、将能效最大化模型B1拆分，分别得到优化用户功率集合a的模型和优化RIS的反射系数矩阵Θ的模型；关于用户功率集合a的模型B2被表述为：
[0029][0030]约束条件：
[0031]C1:
[0032]C2:
[0033]Θ
(i
‑
1)
为第i
‑
1次迭代得到的RIS的反射系数矩阵Θ；使用Dinkelbach方法求解模型B2，得到第i次迭代的用户功率集合a
(i)
；
[0034]步骤S2042、为a
(i)
的第n
×
k个元素；关于RIS的反射系数矩阵Θ的最大化模型B3被表述为：
[0035][0036]约束条件：
[0037]C1:
[0038]C2:θ
m
∈[0,2π),m＝1,
…
,M
[0039]步骤S2043、引入松弛变量：
[0040][0041]η＝[η
1,1
,
…
,η
1,K...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种RIS辅助多载波NOMA传输系统参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、建立能效最大化模型，该能效最大化模型A1表述为：约束条件：约束条件：约束条件：约束条件：约束条件：C6：θ
m
∈[0，2π)，m＝1，
…
，M公式中，RIS反射单元个数为M，第m个反射单元的相位为θ
m
，m＝0，1，
…
，M，是RIS的反射系数矩阵，diag[
·
]表示向量对角化；K为用户个数，表示用户集合；N为子载波个数，表示子载波集合，规定每个用户能且仅能被分配给一个子载波；δ
n，k
为子载波分配的指示变量，δ
n，k
＝1表示将子载波n分配给用户k，δ
n，k
＝0表示不分配，δ＝{δ
1，1
，
…
，δ
1，K
，
…
，δ
n，1
，
…
，δ
n，K
，
…
，δ
N，1
，
…
，δ
N，K
}为子载波分配状态集合；a
n，k
表示分配给子载波n上的用户k的功率，a＝{a
1，1
，
…
，a
1，K
，
…
，a
n，1
，
…
，a
n，K
，
…
，a
N，1
，
…
，a
N，K
}为用户功率集合；v
n，k
，f
n
和g
n，k
分别表示子载波n到用户k、子载波n到RIS以及RIS到用户k的信道矩阵，(
·
)
H
表示共轭转置；o
n
(k)表示子载波n上用户k的解码顺序，o
n
(k)＝j表示用户k是第j个解码的用户，o＝{o1(1)，
…
，o1(K)，
…
，o
n
(1)，
…
，o
n
(K)，
…
，o
N
(1)，
…
，o
N
(K)}为解码顺序集合；σ2表示均值为0的加性高斯白噪声的方差；P
c
为系统消耗的总的电路功率；子载波n上用户k的速率为R
n，k
表示为|
·
|表示对复数取模；假设o
n
(k)＜o
n
(j)，用户k的信号在用户j处解码的速率R
n，j
→
k
表示为P
max
为基站处的最大发射功率；
步骤S2、求解所述能效最大化模型，具体步骤如下：步骤S201、初始RIS的反射系数矩阵Θ对角线上第m个元素为：子载波n到用户k的信道矩阵为v
n，k
，相应的信道增益为|v
n，k
|，n
′
，k
′
为最小的子载波号和用户号，∠(
·
)表示复数对应的角度；用户k的信道增益为用户k选择最大的子载波n
*
，令δ
n，k
＝0，n≠n
*
；所有用户选择子载波后，得到子载波分配状态集合δ；步骤S202、利用步骤S201得到子载波分配状态集合δ的值，令未分配到子载波n的用户k的|v
n，k
|＝0；在子载波n上，对所有用户按照的值从小到大排序，记用户k的|v
n，k
|值排序为i
n
，则o
n
(k)＝i
n...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明，徐芸，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：