一种智能反射表面辅助D2D通信系统的鲁棒性传输设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种智能反射表面辅助D2D通信系统的鲁棒性传输设计方法，涉及通讯技术领域，本申请的方法，包括建立智能反射表面辅助D2D通信系统模型和非完美信道模型，基于信道状态信息非完美的场景下，构建鲁棒优化问题，利用矩阵知识和凸优化理论，处理含信道参数不确定性的优化问题，将半无限约束条件转换为凸约束，采用BCD算法和S

【技术实现步骤摘要】
一种智能反射表面辅助D2D通信系统的鲁棒性传输设计方法


[0001]本专利技术涉及通讯
，尤其是涉及一种智能反射表面辅助D2D通信系统的鲁棒性传输设计方法。

技术介绍

[0002]目前，智能反射表面是由大量低成本的被动无源反射元件所构成的一个平面阵列，放置在发送端与接收端之间。通过每个反射元件独立地对入射信号进行相位调整，改变端对端(D2D，Device
‑
to
‑
Device)的信号传播方向，使用户更好地接收到由基站发出的信号。通过调整波束,使智能反射表面反射信号与其他路径的信号相互抵消，消除其他信道的干扰信号，因为智能反射表面消除了射频链路的使用和只在短距离内工作，智能反射表面之间的干扰就不需要进行特殊管理。智能反射表面与传统中继技术相比，拥有小尺寸、易部署、低成本的优点，避免了额外耗电和昂贵的通信设备，是一种经济适用、低功耗的高速率通信技术。
[0003]D2D通信是在基站控制下，用户之间的数据传输不通过基站中转，而直接进行通信的新型技术，其中邻近的移动终端被允许直接使用蜂窝通信资源，D2D通信也叫终端直通。不同于其他传统的无线通信技术，D2D通信数据传输过程不需要通过基站进行中继转发，能够缓解基站的压力，有助于接入更多的用户。在一些多用户的网络场景中，邻近的用户可以建立D2D通信，并复用蜂窝用户的频谱资源，从而能大大提高系统的频谱效率(Spectrum Efficiency，SE)和减少网络能耗。D2D通信不仅在小区覆盖、能源消耗问题等方面具有优势，在实际生活中有着广泛的应用，而且契合未来通信技术应用发展的实际需求，满足不断增长的通信需求。
[0004]然而在大量文献中，都是基于完美信道状态信息(CSI，Channel State Information)情况下的研究，但实际上，由于智能反射表面的反射元件的信号处理能力有限，智能反射表面不使用任何射频链路，而智能反射表面被动波束的形成又高度依赖于所获取的CSI，因此在智能反射表面辅助的无线通信系统中，获得精确的CSI是具有挑战性的，而且现有大多数的研究集中在智能反射表面相关信道的信道估计方面和以智能反射表面作为辅助通信集成到各种无线通信系统中，对于非完美CSI下IRS
‑
D2D通信系统的研究较少。且如果把信道视为完美信道，这将会导致系统性能有一定的损失。
[0005]由于射频电子系统的快速发展，及可编程可重构超表面的大量应用，而且在某些紧急情况下，基站与用户之间的直接信道传播变差，因此，为减少用户通信中断、提高系统鲁棒性，研究在非完美CSI下，如何进行智能反射表面辅助D2D通信系统的鲁棒性传输，是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种智能反射表面辅助D2D通信系统的鲁棒性传输设计方法，在D2D通信系统中应用智能反射表面技术，在非完美CSI下，利用矩阵知识、凸优化理论、
BCD算法和S
‑
procedure定理，将最小化功率的鲁棒问题分解为二个子问题进行求解，通过迭代二个子问题，得到鲁棒资源分配方案，减少了通信中断，实现了功率最小化，提高了系统的鲁棒性。
[0007]第一方面，本专利技术的上述专利技术目的通过以下技术方案得以实现：
[0008]一种智能反射表面辅助D2D通信系统的鲁棒性传输设计方法，建立智能反射表面辅助D2D通信系统模型和非完美信道模型，基于信道状态信息非完美的场景下，构建鲁棒优化问题，利用矩阵知识和凸优化理论，处理含信道参数不确定性的优化问题，将半无限约束条件转换为凸约束，建立智能反射表面D2D通信系统的资源分配方案。
[0009]本专利技术进一步设置为：智能反射表面辅助D2D通信系统模型包括基站、智能反射表面以及D2D通信系统，D2D用户复用蜂窝通信链路的下行频谱资源；基站配备有N根天线，蜂窝用户和D2D用户对分别配备有单根天线，智能反射表面具有M个反射元件。
[0010]本专利技术进一步设置为：采用椭球模型建立非完美信道模型，获取各D2D用户对发射端与蜂窝用户之间的干扰信道增益及其不确定区域，基站通过智能反射表面辅助D2D通信系统与各D2D用户对接收端的级联信道增益及其不确定区域，各D2D用户对发射端通过智能反射表面辅助D2D通信系统与蜂窝用户的级联信道增益及其不确定区域。
[0011]本专利技术进一步设置为：在非完美信道状态信息下，优化问题包括：传输功率最小化目标函数、蜂窝用户和D2D用户的最小速率要求、秩一要求、反射单元系数的单位模要求、蜂窝用户和D2D用户的功率要求、信道增益g
C,k
/T
k
/R
k
的不确定性以及对系统鲁棒性的要求。
[0012]本专利技术进一步设置为：最坏情况下的最小化传输功率优化问题，目标函数用下式表示：
[0013]约束条件包括：
[0014]R
C
≥R
Cmin
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1b)；
[0015]rank(W)＝1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1c)；
[0016][0017]0≤trace(W)≤P
Cmax
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1e)；
[0018]0≤P
K,K
≤P
Dmax
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1f)；
[0019][0020][0021][0022]式中，W＝P
C
ww
H
，w表示与蜂窝用户相关的波束赋形矢量，H表示矩阵转置；P
k,k
表示第k对D2D用户对的发射端D2D
‑
T到第k对D2D用户对的接收端D2D
‑
R的发射功率，表示第k对D2D用户对的速率，R
Dmin
表示D2D用户的最小速率；R
Cmin
表示蜂窝用户的最小速率；|e
m
|2表示智能反射表面第m个反射元件的单位模，P
Dmax
表示D2D用户的最大发射功率；P
Cmax
表示蜂窝用户的最大发射功率；
[0023]式(1a)(1b)表示蜂窝用户和D2D用户的最小速率要求；
[0024]式(1c)表示秩一要求；
[0025]式(1d)表示反射单元系数的单位模要求；
[0026]式(1e)(1f)表示蜂窝用户和D2D用户的最大功率约束；
[0027]式(1g)表示第k对D2D用户对发射端与蜂窝用户之间的干扰信道增益g
C,K
的不确定性影响；
[0028]式(1h)表示基站通过智能反射表面辅助D2D通信系统与第k对D2D用户对接收端的级联信道增益T
k
的不确定性影响；
[0029]式(1h)表示第k对D2D用户对发射端通过智能反射表面辅助D2D通信系统与蜂窝用户的级联信道增益R
K...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能反射表面辅助D2D通信系统的鲁棒性传输设计方法，其特征在于：建立智能反射表面辅助D2D通信系统模型和非完美信道模型，基于信道状态信息非完美的场景下，构建鲁棒优化问题，利用矩阵知识和凸优化理论，处理含信道参数不确定性的优化问题，将半无限约束条件转换为凸约束，建立智能反射表面D2D通信系统的资源分配方案。2.根据权利要求1所述智能反射表面辅助D2D通信系统的鲁棒性传输设计方法，其特征在于：智能反射表面辅助D2D通信系统模型包括基站、智能反射表面以及D2D通信系统，D2D用户复用蜂窝通信链路的下行频谱资源；基站配备有N根天线，蜂窝用户和D2D用户对分别配备有单根天线，智能反射表面具有M个反射元件。3.根据权利要求1所述智能反射表面辅助D2D通信系统的鲁棒性传输设计方法，其特征在于：采用椭球模型建立非完美信道模型，获取各D2D用户对发射端与蜂窝用户之间的干扰信道增益及其不确定区域，基站通过智能反射表面辅助D2D通信系统与各D2D用户对接收端的级联信道增益及其不确定区域，各D2D用户对发射端通过智能反射表面辅助D2D通信系统与蜂窝用户的级联信道增益及其不确定区域。4.根据权利要求1所述智能反射表面辅助D2D通信系统的鲁棒性传输设计方法，其特征在于：在非完美信道状态信息下，优化问题包括：传输功率最小化目标函数、蜂窝用户和D2D用户的最小速率要求、秩一要求、反射单元系数的单位模要求、蜂窝用户和D2D用户的功率要求、信道增益g
C，k
/T
k
/R
k
的不确定性以及对系统鲁棒性的要求。5.根据权利要求4所述智能反射表面辅助D2D通信系统的鲁棒性传输设计方法，其特征在于：最坏情况下的最小化传输功率优化问题，目标函数用下式表示：约束条件包括：R
C
≥R
Cmin
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1b)；rank(W)＝1
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1c)；0≤trace(W)≤P
Cmax
ꢀꢀꢀꢀ
(1e)；0≤P
K，K
≤P
Dmax
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1f)；(1f)；(1f)；式中，W＝P
C
ww
H
，w表示与蜂窝用户相关的波束赋形矢量，H表示矩阵转置；P
k，k
表示第k对D2D用户对的发射端D2D
‑
T到第k对D2D用户对的接收端D2D
‑
R的发射功率，表示第k对D2D用户对的速率，R
Dmin
表示D2D用户的最小速率；R
Cmin
表示蜂窝用户的最小速率；|e
m
|2表示智能反射表面第m个反射元件的单位模，P
Dmax
表示D2D用户的最大发射功率；P
Cmax
表示蜂窝用户的最大发射功率；式(1a)(1b)表示蜂窝用户和D2D用户的最小速率要求；
式(1c)表示秩一要求；式(1d)表示反射单元系数的单位模要求；式(1e)(1f)表示蜂窝用户和D2D用户的最大功率约束；式(1g)表示第k对D2D用户对发射端与蜂窝用户之间的干扰信道增益g
C，K
的不确定性影响；式(1h)表示基站通过智能反射表面辅助D2D通信系统与第k对D2D用户对接收端的级联信道增益T
k
的不确定性影响；式(1h)表示第k对D2D用户对发射端通过智能反射表面辅助D2D通信系统与蜂窝用户的级联信道增益R
K
的不确定性影响。6.根据权利要求5所述智能反射表面辅助D2D通信系统的鲁棒性传输设计方法，其特征在于：引入松弛参数，采用S
‑
procedure引理，对约...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐齐钱，
申请(专利权)人：浙江以正通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：