一种非理想SIC下的RIS-NOMA上行传输方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种非理想SIC下的RIS

【技术实现步骤摘要】
一种非理想SIC下的RIS
‑
NOMA上行传输方法及装置


[0001]本专利技术属于无线通信
，涉及一种非理想串行干扰删除条件下智能反射面辅助的NOMA上行传输方法及装置。

技术介绍

[0002]近年来，可重构智能表面技术和非正交多址技术已被认为是新一代无线通信网络中的重要关键技术。智能反射面RIS是一个由大量无源反射单元组成的平面，每一个无源反射单元都能够独立地控制入射信号的幅度和相位。通过在无线网络中部署RIS并协调其反射效果，就可以重构发射机和接收机之间的无线信道，以实现预期的分布，这为从根本上解决无线信道衰落和干扰提供了一种新的手段。另一方面，NOMA(非正交多址接入技术)允许多个用户同时占用相同的时频资源，因此NOMA可以提供高效的频谱效率和巨大的连接量。在NOMA中，发送端使用叠加编码，接收端使用串行干扰消除，根据不同的功率级在功率域区分不同的用户。RIS和NOMA在某些方面是相辅相成的，将二者结合起来可进一步提升系统频谱与功率效率，因此，RIS和NOMA的融合受到了广泛的关注。
[0003]在智能反射面辅助的NOMA系统中，传统的正交多址传输方案与不使用智能反射面的NOMA方案都无法有效地利用系统中智能反射面与NOMA结合的优势，并且，对于随机相位设计、均等相位设计等简单的相位偏移设计方案，均无法动态地、智能地配置无线传输环境，进而无法最大限度地发挥智能反射面在增强有用信号与抑制干扰信号两方面的优势，影响系统的功率效率。与此同时，现有研究中大多考虑的是理想情况下的串行干扰删除，这与实际情况相比略有偏差。

技术实现思路

[0004]目的：为了克服现有技术中存在的不足，对现有的智能反射面辅助的NOMA上行传输系统进行改进，本专利技术提供一种非理想串行干扰删除条件下智能反射面辅助的NOMA上行传输方法及装置。考虑了串行干扰删除不理想的情况，更加贴近真实情况。同时，本方案通过交替优化功率控制和智能反射面相移，大大降低了系统的总发射功率。
[0005]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]第一方面，提供一种非理想串行干扰删除条件下智能反射面辅助的NOMA上行传输方法，包括：
[0007]步骤1：获取基站处的接收信号z，其中所述接收信号为在NOMA传输模式下，不同用户组的用户使用相同的时频资源进行通信，在基站处接收得到；
[0008]步骤2：使用串行干扰删除原则对所述接收信号进行解调，根据用户的解调次序，得到第g个区域第u个用户的解调信号进而得到各用户的信干噪比γ
g,u
；
[0009]步骤3：基于用户的信干噪比γ
g,u
，以用户[g,u]对应的均衡器{e
g,u
}、发射功率因子{w
g,u
}和第g个区域的智能反射面相移矩阵{Φ
g
}为优化变量，系统总发射功率为目标函数，在满足所有用户服务质量和所有相位值位于可行集中的前提下，构建约束优化问题P0；
[0010]步骤4：根据MMSE接收机中均衡器与用户发送功率的关系，消去优化变量{e
g,u
}，将三变量优化问题P0转换为两个变量的优化问题P1；
[0011]步骤5：根据问题P1的非凸性，将问题P1拆分成功率优化问题P2和智能反射面相移优化问题P3；
[0012]步骤6：考虑问题P2的约束条件，得到用户功率的迭代表达式其中k为迭代次数；根据其收敛性进行迭代即可得到最优解
[0013]步骤7：简化优化变量，对步骤2中的用户信干噪比表达式进行改写；同时给相移优化提供更多的自由度，将用户总信干噪比最大作为优化问题的目标函数，将问题P3转化为问题P4；
[0014]步骤8：为了便于使用序列旋转算法逐一优化智能反射面每一个反射单元的相位偏移，分离出当前优化的反射单元的相移项，并将相移优化问题P4转化为旋转因子优化问题P5；
[0015]步骤9：使用补偿法求解问题P5，得到各旋转因子的最优解并据此构建最佳相位偏移矩阵再代入步骤6中用户功率的迭代表达式，更新功率的最优解，交替优化若干次后即可得到最优的发射功率。
[0016]在一些实施例中，步骤1中，所述基站处的接收信号z表示为：
[0017][0018]其中，g＝1为中心用户区，g≥2为边缘用户区；为用户[g,u]和基站间的直接信道；为基站和第g个区域智能反射面各单元间的信道；为用户[g,u]和智能反射面各单元间的信道；Φ
g
为第g个区域的智能反射面相移矩阵，表示为为反射单元的相移值；diag{
·
}为对角化运算，N
g
为第g个区域智能反射面的反射单元数目；w
g,u
为用户[g,u]的发射功率因子，x
g,u
为用户[g,u]发送的数据信息，n为高斯白噪声，服从均值为0，方差为1的复高斯分布；K
g
为第g个区域中用户个数，G为用户区的个数。
[0019]在一些实施例中，和Φ1为全0向量或全0矩阵。
[0020]在一些实施例中，步骤2中，用户[g,u]的解调信号表示为：
[0021][0022]其中，ε
g
为第g个用户群的串行干扰删除SIC残余因子；g
′
和u
′
代表求和变量的索引值；e
g,u
表示用户[g,u]对应的均衡器，上标H表示对矩阵/向量求共轭转置；n代表噪声向量；
[0023]用户[g,u]的信干噪比γ
g,u
表示为：
[0024][0025]其中：
[0026][0027][0028][0029]为加性噪声的方差，为用户[g,u]对应的均衡器的共轭转置，代表群内用户的干扰，代表群间用户的干扰，代表由非理想SIC导致的干扰。
[0030]在一些实施例中，步骤3中，为了最小化系统总发射功率，优化问题P0表示如下：
[0031][0032][0033][0034][0035]其中，代表用户[g,u]的最小数据速率要求；γ
g,u
代表用户[g,u]的信干噪比；为第g个区域智能反射面的某相移值；‖
·
‖表示对向量或矩阵求2范数，S表示相移值的可行集，s.t.表示约束条件；
[0036]约束条件Q1是为了保证每个用户的通信质量；约束条件Q2是为了确保智能反射面RIS相移矩阵中的每个元素的相位都在可行集中；约束条件Q3是为了保证基站处的单位功率增益。
[0037]在一些实施例中，步骤4中，
[0038]令z
g,u
表示用户[g,u]的级联信道；则MMSE接收机的均衡器表示为：
[0039][0040]其中：
[0041][0042]R
g
代表非群内干扰，N
R
代表基站天线数目；
[0043]e...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非理想串行干扰删除条件下智能反射面辅助的NOMA上行传输方法，其特征在于，包括：步骤1：获取基站处的接收信号z，其中所述接收信号为在NOMA传输模式下，不同用户组的用户使用相同的时频资源进行通信，在基站处接收得到；步骤2：使用串行干扰删除原则对所述接收信号进行解调，根据用户的解调次序，得到第g个区域第u个用户的解调信号进而得到各用户的信干噪比γ
g,u
；步骤3：基于用户的信干噪比γ
g,u
，以用户[g,u]对应的均衡器{e
g,u
}、发射功率因子{w
g,u
}和第g个区域的智能反射面相移矩阵{Φ
g
}为优化变量，系统总发射功率为目标函数，在满足所有用户服务质量和所有相位值位于可行集中的前提下，构建约束优化问题P0；步骤4：根据MMSE接收机中均衡器与用户发送功率的关系，消去优化变量{e
g,u
}，将三变量优化问题P0转换为两个变量的优化问题P1；步骤5：根据问题P1的非凸性，将问题P1拆分成功率优化问题P2和智能反射面相移优化问题P3；步骤6：考虑问题P2的约束条件，得到用户功率的迭代表达式其中k为迭代次数；根据收敛性进行迭代即可得到最优解步骤7：简化优化变量，对步骤2中的用户信干噪比表达式进行改写；同时给相移优化提供更多的自由度，将用户总信干噪比最大作为优化问题的目标函数，将问题P3转化为问题P4；步骤8：为了便于使用序列旋转算法逐一优化智能反射面每一个反射单元的相位偏移，分离出当前优化的反射单元的相移项，并将相移优化问题P4转化为旋转因子优化问题P5；步骤9：使用补偿法求解问题P5，得到各旋转因子的最优解并据此构建最佳相位偏移矩阵再代入步骤6中用户功率的迭代表达式，更新功率的最优解，交替优化若干次后即可得到最优的发射功率。2.根据权利要求1所述的非理想串行干扰删除条件下智能反射面辅助的NOMA上行传输方法，其特征在于，步骤1中，所述基站处的接收信号z表示为：其中，g＝1为中心用户区，g≥2为边缘用户区；为用户[g,u]和基站间的直接信道；为基站和第g个区域智能反射面各单元间的信道；为用户[g,u]和智能反射面各单元间的信道；Φ
g
为第g个区域的智能反射面相移矩阵，表示为为第g个区域的智能反射面相移矩阵，表示为为反射单元的相移值；diag{
·
}为对角化运算，N
g
为第g个区域智能反射面的反射单元数目；w
g,u
为用户[g,u]的发射功率因子，x
g,u
为用户[g,u]发送的数据信息，n为高斯白噪声，服从均值为0，方差为1的复高斯分布；K
g
为第g个区域中用户个数，G为用户区的个数。3.根据权利要求2所述的非理想串行干扰删除条件下智能反射面辅助的NOMA上行传输方法，其特征在于，步骤2中，用户[g,u]的解调信号表示为：
其中，ε
g
为第g个用户群的串行干扰删除SIC残余因子；g
′
和u
′
代表求和变量的索引值；e
g,u
表示用户[g,u]对应的均衡器，上标H表示对矩阵/向量求共轭转置；n代表噪声向量；用户[g,u]的信干噪比γ
g,u
表示为：其中：其中：其中：其中：为加性噪声的方差，为用户[g,u]对应的均衡器的共轭转置，代表群内用户的干扰，代表群间用户的干扰，代表由非理想SIC导致的干扰。4.根据权利要求1所述的非理想串行干扰删除条件下智能反射面辅助的NOMA上行传输方法，其特征在于，步骤3中，为了最小化系统总发射功率，优化问题P0表示如下：(P0)(P0)(P0)(P0)其中，代表用户[g,u]的最小数据速率要求；γ
g,u
代表用户[g,u]的信干噪比；为第g个区域智能反射面的某相移值；‖
·
‖表示对向量或矩阵求2范数，S表示相移值的可行集，s.t.表示约束条件；约束条件Q1是为了保证每个用户的通信质量；约束条件Q2是为了确保智能反射面RIS相移矩阵中的每个元素的相位都在可行集中；约束条件Q3是为了保证基站处的单位功率增益。5.根据权利要求3所述的非理想串行干扰删除条件下智能反射面辅助的NOMA上行传输方法，其特征在于，步骤4中，令z

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