一种智能反射面驱动的多用户协同传输方法技术

本发明专利技术公开一种智能反射面驱动的多用户协同传输方法，包括以下步骤：建立地面混合接入点HAP

【技术实现步骤摘要】
一种智能反射面驱动的多用户协同传输方法


[0001]本专利技术涉及多用户信息传输
，特别是涉及一种智能反射面驱动的多用户协同传输方法。

技术介绍

[0002]在智能多媒体应用快速发展的驱动下，下一代无线通信网络需要满足高频谱效率和海量连接的需求。由于高数据速率需求和大量终端能量消耗已成为未来无线通信网络设计中的一个极具挑战性的问题，因此，能效指标也已成为部署绿色和可持续无线网络的重要性能指标，研究高能效的未来无线网络解决方案势在必行。
[0003]无线网络已不再局限于地面部署，而是逐渐向空地一体化网络演进，实现无处不在的无线连接和网络容量升级。近年来，无人机(Unmanned Aerial Vehicles，UAV)在无线通信领域引起了广泛关注。得益于其敏捷性和高机动性，无人机可以快速部署在热点或灾区等目标区域，从而建立可靠的通信链接，在空对地通信信道中提供视距主导的连接。作为空中载荷，RIS可以搭载在无人机上，使RIS实现三维(3D)信号反射。这样的RIS不限于180
°
半空间反射，而是提供360
°
全景全角反射。目前，将RIS作为载荷与基于UAV通信结合的研究尚不深入。结合RIS
‑
UAV辅助通信可以获得哪些好处，这个问题的答案对于能效和更高数据速率方面的性能增强尤为重要，尤其是当目标用户距离服务站点很远，或者源节点与目的节点之间的直接链路被阻塞时。RIS辅助UAV空地通信系统能够大大降低能耗，提高系统性能。RIS部署通常是固定在建筑物外墙或专用地点，由于场地租金过高和对城市景观的影响，在实践中获得合适的RIS安装地点并不容易，另外，RIS可以搭载在无人机上可以提供更好的级联信道，显示了进一步提高系统性能的潜力，因此，也更具有吸引力。将UAV与RIS相结合的研究尚不深入，对于UAV辅助RIS的无线传能网络研究的更为鲜少。目前没有对于UAV辅助RIS的无线传能网络中UAV先为HAP传输能量，之后HAP将收到的能量用于多用户信息传输的资源优化技术，即目前没有解决这种无线传能网络中RIS驱动的多用户协同传输，提高系统能效的方法。同时，如何权衡无线传能网络中的充电时间占比、HAP发射功率的分配方案以及RIS相角，使得整体通信系统达到最优效果，这是亟待被解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种智能反射面驱动的多用户协同传输方法，以解决上述现有技术存在的问题，将RIS应用到无线传输网络，使无线传能通信系统极大地降低阵列体制无线通信发射机的设计复杂度、硬件成本和功耗。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种智能反射面驱动的多用户协同传输方法，包括以下步骤：
[0006]建立地面混合接入点HAP
‑
无人机UAV
‑
多用户之间的通信系统，其中，所述UAV搭载智能超表面RIS；
[0007]基于所述通信系统，构建所述HAP与所述RIS之间的能量传输模型和所述通信系统
的信号传输模型；
[0008]基于所述能量传输模型和所述信号传输模型，构建所述通信系统的能耗模型，基于所述系统的能耗模型构建系统的能效模型；
[0009]基于无线充电时间占比、RIS相移和HAP发射功率，优化所述能效模型，获得最优能效模型；
[0010]基于所述最优能效模型进行多用户协同传输。
[0011]可选地，构建所述HAP与所述RIS之间的能量传输模型包括：
[0012]将所述HAP与所述RIS之间的能量传输划分第一阶段和第二阶段，所述第一阶段用于所述RIS向所述HAP进行无线能量传输，所述第二阶段用于所述RIS辅助所述HAP向所述多用户进行通信服务，构建第一阶段所用时间内的能量传输模型，即所述HAP与所述RIS之间的能量传输模型。
[0013]可选地，所述HAP与所述RIS之间的能量传输模型为：
[0014]P
receiver
＝ηd
‑
α
P
P
，
[0015]其中，P
p
为RIS向UAV进行无线能量传输的功率，P
receiver
为HAP处接收到的功率,η为能量转换效率，d为UAV在充电阶段与HAP的距离，α表示路损因子。
[0016]可选地，构建所述通信系统的信号传输模型包括：
[0017]获取所述HAP与所述UAV之间的第一信道功率增益、所述UAV与所述多用户之间的第二信道功率增益和所述RIS的相角矩阵；
[0018]基于所述第一信道功率增益、所述第二信道功率增益和所述相角矩阵，构建用户接收到来自所述HAP的离散时间信号模型；
[0019]基于所述离散时间信号模型，获取所述用户的接收信干扰比；
[0020]基于所述接收信号干扰比，获取所述通信系统的频谱效率。
[0021]可选地，所述离散时间信号模型为：
[0022]y
k
＝h
2,k
ΦH1x+n
k
，
[0023]其中，y
k
为离散时间信号，h
2,k
ΦH1为HAP与第k个用户间的级联信道，x表示传输信号，为加性高斯白噪声；
[0024]所述接收信干扰比为：
[0025][0026]其中，γ
k
为接收信干扰比，h
2,k
ΦH1为HAP与第k个用户间的级联信道，P
k
为HAP用于第k个用户的发射功率，ω
k
为HAP天线处对于用户k的预编码矢量，K为用户数量，P
i
为HAP用于第i个用户的发射功率，为ω
i
HAP天线处对于用户i的预编码矢量，为σ2加性高斯白噪声；
[0027]所述频谱效率为：
[0028][0029]其中，为频谱效率，γ
k
为接收信干扰比，K为用户数量。
[0030]可选地，所述通信系统的能耗模型为：
[0031][0032]其中，E
能耗
为时间T内通信系统的总能量损耗，P
UAV1
为RIS
‑
UAV的低空悬浮功率，P
P
为RIS
‑
UAV向HAP进行无线能量传输的功率，P
receiver
为HAP处接收到的功率，ζ为HAP发射效率的倒数，P
k
为HAP用于第k个用户的发射功率，P
UE
为用户的电路消耗功率，P
RIS
＝NP
RIS(n)
为RIS的功率消耗，P
UAV2
为无人机在部署位置的高空悬浮功率，P
HAP
为HAP的电路消耗功率，ρ为充电时间占比。
[0033]可选地，基于无线充电时间占比、RIS相移和HAP发射功率，优化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能反射面驱动的多用户协同传输方法，其特征在于：包括以下步骤：建立地面混合接入点HAP
‑
无人机UAV
‑
多用户之间的通信系统，其中，所述UAV搭载智能超表面RIS；基于所述通信系统，构建所述HAP与所述RIS之间的能量传输模型和所述通信系统的信号传输模型；基于所述能量传输模型和所述信号传输模型，构建所述通信系统的能耗模型，基于所述系统的能耗模型构建系统的能效模型；基于无线充电时间占比、RIS相移和HAP发射功率，优化所述能效模型，获得最优能效模型；基于所述最优能效模型进行多用户协同传输。2.根据权利要求1所述的智能反射面驱动的多用户协同传输方法，其特征在于：构建所述HAP与所述RIS之间的能量传输模型包括：将所述HAP与所述RIS之间的能量传输划分第一阶段和第二阶段，所述第一阶段用于所述RIS向所述HAP进行无线能量传输，所述第二阶段用于所述RIS辅助所述HAP向所述多用户进行通信服务，构建第一阶段所用时间内的能量传输模型，即所述HAP与所述RIS之间的能量传输模型。3.根据权利要求1或2所述的智能反射面驱动的多用户协同传输方法，其特征在于：所述HAP与所述RIS之间的能量传输模型为：P
receiver
＝ηd
‑
α
P
P
，其中，P
p
为RIS向UAV进行无线能量传输的功率，P
receiver
为HAP处接收到的功率,η为能量转换效率，d为UAV在充电阶段与HAP的距离，α表示路损因子。4.根据权利要求1所述的智能反射面驱动的多用户协同传输方法，其特征在于：构建所述通信系统的信号传输模型包括：获取所述HAP与所述UAV之间的第一信道功率增益、所述UAV与所述多用户之间的第二信道功率增益和所述RIS的相角矩阵；基于所述第一信道功率增益、所述第二信道功率增益和所述相角矩阵，构建用户接收到来自所述HAP的离散时间信号模型；基于所述离散时间信号模型，获取所述用户的接收信干扰比；基于所述接收信号干扰比，获取所述通信系统的频谱效率。5.根据权利要求4所述的智能反射面驱动的多用户协同传输方法，其特征在于：所述离散时间信号模型为：y
k
＝h
2,k
ΦH1x+n
k
，其中，y
k
为离散时间信号，h
2,k
ΦH1为HAP与第k个用户间的级联信道，x表示传输信号，为加性高斯白噪声；所述接收信干扰比为：
其中，γ
k
为接收信干扰比，h
2,k
ΦH1为HAP与第k个用户间的级联信道，P
k
为HAP用于第k个用户的发射功率，ω
k
为HAP天线处对于用户k的预编码矢量，K为用户数...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕克，姚媛媛，岳新伟，潘春雨，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：