一种IRS辅助的NOMA无人机网络的安全速率最大化方法技术

本发明专利技术请求保护一种智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)辅助的非正交多址技术(Non

【技术实现步骤摘要】
一种IRS辅助的NOMA无人机网络的安全速率最大化方法


[0001]本专利技术涉及NOMA网络功率控制
，具体涉及一种IRS辅助的NOMA无人机网络安全速率最大化方法。

技术介绍

[0002]随着制造技术的快速发展和成本的不断降低，无人机因其在民用领域的潜在用途而受到极大关注。在面对用户接入数量激增造成的地面基站过载，或紧急救灾区基站严重不足等问题时，短时间内增加地面通信基础设施并不可行且代价过高，无人机被认为是解决这一问题的可行前景方案，将基站搭载到无人机上协助地面基站通信，可快速恢复瘫痪的通信服务并有效提高网络覆盖。对于B5G(Beyond
‑
5G)网络，无人机安装在UAV上的基站需要同时为大量具有严格通信要求的地面用户提供服务，NOMA技术与传统正交接入技术相比，NOMA技术允许多用户同时复用同一资源块，为了解决大规模通信要求，选择NOMA技术。IRS辅助的无线通信能够实现多种功能，例如创建虚拟视距链路以绕开收发端之间的障碍物；向目标方向增添额外的信号路径,以改善信道条件等，将IRS引入到无人机通信系统可以进一步提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IRS辅助的NOMA无人机网络的安全速率最大化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)、建立一个智能反射面辅助的NOMA无人机网络的安全速率最大化模型；步骤2)、初始化无人机位置、NOMA解码顺序、IRS反射矩阵、无人机发射功率和安全速率判决门限；步骤3)、利用给定的IRS反射矩阵和无人机发射功率，求解出无人机位置和NOMA解码顺序，并将其更新；步骤4)、利用给定的无人机发射功率、无人机位置和NOMA解码顺序，求解出IRS反射矩阵，并将其更新；步骤5)、利用给定的无人机位置、NOMA解码顺序和IRS反射矩阵，求解出无人机发射功率，并将其更新；步骤6)、安全速率更新收敛的判断，计算更新的安全速率值，如果更新的安全速率与上一次的安全速率之差的绝对值不大于安全速率判决门限，则判断安全速率收敛，给出最大的安全速率值，方法结束；如果更新的安全速率与上一次的安全速率之差的绝对值大于安全速率判决门限，则将新计算出的安全速率值保存为此时的安全速率值，并转到步骤2)中更新系统参数，直到安全速率满足收敛条件，给出最大的安全速率。2.根据权利要求1所述的一种IRS辅助的NOMA无人机网络的安全速率最大化方法，其特征在于，所述步骤1)建立一个智能反射面辅助的NOMA无人机网络的安全速率最大化模型为：为：为：为：为：C1e:α
i,j
+α
j,i
＝1其中，R
s
表示系统安全速率，IRS反射矩阵为对角矩阵，θ
n
表示第n个IRS反射元件的反射相移，η
k
为UAV到用户U
k
的直接链路与经过IRS的反射链路叠加的信道增益，η
e
为UAV到窃听者的直接链路与经过IRS的反射链路叠加的信道增益，η
k
与η
e
都是关于UAV位置q和IRS反射矩阵Θ的函数，p
k
为UAV发送信息给用户U
k
的功率，P
max
为UAV的最大发射功率，α
i,k
表示用户U
i
与用户U
k
的解码顺序，k、K分别表示第k个用户和用户的个数，i、j分别表示第i个用户和第j个用户，α
i,j
为NOMA解码顺序，α
i,j
＝1表示用户U
i
解码用户U
j
，q为
UAV位置，w
u,k
为用户U
k
的位置，σ2为系统噪声；问题P1的优化变量为UAV位置q、IRS反射矩阵Θ、UAV发射功率和NOMA解码顺序A＝{α
i,j
,i≠j∈{1,2,
…
,K}}，P1目标函数R
s
表示安全速率，是用户的和速率与窃听者的窃听速率之差，约束C1a为IRS反射相移约束，C1b为UAV功率非负约束，C1c为最大功率限制约束，C1d为NOMA解码顺序的距离约束，C1e为NOMA解码顺序定义约束，C1f为NOMA解码顺序的传递性约束，利用块坐标下降法将P1优化问题转换为三个子问题进行求解。3.根据权利要求2所述的一种IRS辅助的NOMA无人机网络的安全速率最大化方法，其特征在于，所述步骤2)中，初始化无人机位置为q＝(x,y,H)、NOMA解码顺序为A、IRS反射矩阵为Θ、无人机发射功率为P、安全速率判决门限为ζ，其中x、y、H分别表示无人机的横坐标、纵坐标、飞行高度。4.根据权利要求3所述的一种IRS辅助的NOMA无人机网络的安全速率最大化方法，其特征在于，所述步骤3)中，利用给定的IRS反射矩阵和无人机发射功率，求解出无人机位置和NOMA解码顺序，并将其更新，具体包括：固定Θ和P，联合优化q和A，子问题一P2为：固定Θ和P，联合优化q和A，子问题一P2为：固定Θ和P，联合优化q和A，子问题一P2为：固定Θ和P，联合优化q和A，子问题一P2为：固定Θ和P，联合优化q和A，子问题一P2为：固定Θ和P，联合优化q和A，子问题一P2为：固定Θ和P，联合优化q和A，子问题一P2为：C2g:α
i,j
‑
(α
i,j
)2≤0C2h:0≤α
i,j
≤1其中，χ＝{η
k
,η
e
,W
k
,W
e,k
}表示辅助变量的集合；将P1目标函数的分式中分子和分母同时除以η
k
或η
e
得到P2的目标函数；引入辅助变量得到P2的目标函数；引入辅助变量约束C2c中A
k
、B
k
为引入的辅助变量，表达式为Re其中为IRS与用户U
k
之间信道的视距分量，为UAV与IRS之
间的视距分量，是UAV到IRS的到达角余弦，N为IRS反射元件数，u为IRS的位置，λ表示载波波长，d为IRS单元间距，L为莱斯因子，ρ0为参考距离1m处的路径损耗，β0为路径衰落指数；W
e,k
关于η
e
单调递减，而W
e,k
越大越好，所以η
e

【专利技术属性】
技术研发人员：王正强，青思雨，万晓榆，樊自甫，多滨，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：