智能反射面辅助传输的变电站混合中继通信性能分析方法技术

本发明专利技术提供一种智能反射面辅助传输的变电站混合中继通信性能分析方法，属于通信技术领域，包括：结合第二时隙智能反射面IRS辅助的无线通信的信道系数h

【技术实现步骤摘要】
智能反射面辅助传输的变电站混合中继通信性能分析方法


[0001]本专利技术涉及通信
，具体涉及一种智能反射面辅助传输的变电站混合中继通信性能分析方法。

技术介绍

[0002]变电站数字化是电力系统建设的重要内容，需要利用通信技术实现信息的远距离可靠传输。在变电站等室内环境中，继电保护室、GIS室、高压室等具有设备多、布局复杂等特点，导致无线通信射频信号易受障碍物等影响，穿透损耗较大，公网覆盖有难度。电力线通信(PowerLine Communication,PLC)技术可利用现有电力线路在传输能量的同时完成信息收发，是物联网设备互联互通的“最后一公里”关键通信技术。因此，针对变电站室内外联合覆盖等场景，综合利用电力线接入、多媒质混合中继和智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)辅助通信等技术，对提升通信系统的性能具有重要的实用价值。
[0003]联合PLC与RIS辅助通信的混合组网研究尚处于初级阶段。已有研究针对智能电网室内场景中的单IRS辅助的混合PLC/射频(Radio Frequency,RF)通信系统，推导了平均误码率和中断概率的闭合表达式。然而在室内局域环境中，为了兼顾室内无线覆盖和远距离通信的需要，往往需要研究多IRS的应用问题，例如，在室内中心位置的IRS可以实现覆盖范围的增强，而在靠近门窗位置的IRS可以克服无线信号穿透损耗的影响。现有IRS辅助的无线性能研究，大多依赖于独立同分布(Independent Identically Distribution,i.i.d.)衰落信道模型或确定性衰落信道。对于相同IRS上的不同反射单元辅助信道可以合理地假设为i.i.d，因为这些元件通常具有亚波长尺寸，并且彼此紧密地安装在同一面板上。但是如果多个IRS安装的距离较远，这些IRS上的反射单元对应的信道就不能假设为相同参数的分布。因此，上述单IRS系统和集中式多IRS的分析方法并不能简单适用于分布式多IRS辅助的系统。此外，已有IRS研究往往假设系统采用理想信道状态方法。针对PLC接入和IRS辅助通信的混合中继系统，有必要研究基于非i.i.d和非理想信道估计等的系统建模和性能分析计算方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种智能反射面辅助传输的变电站混合中继通信性能分析方法，以解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种智能反射面辅助传输的变电站混合中继通信性能分析方法，变电站内的电力设备或传感器与数据集中器进行电力线通信，为第一时隙；数据集中器再通过接入点与移动终端进行无线通信，为第二时隙；其中，第二时隙中，数据集中器执行解码转发协议，将译码之后的信号通过无线接入点发送给移动终端或智能反射面，智能反射面对接收到的信号进行相位调整后发送给移动终端；所述方法包括：
[0007]结合第二时隙智能反射面IRS辅助的无线通信的信道系数h
w
，采用矩量法框架，统
计表征端到端信道整体的信道系数；根据无线链路信噪比和LogN分布的性质得到终端接收到的信噪比；根据终端接收到的信噪比计算得到第二时隙IRS辅助的无线通信链路中断概率。
[0008]可选的，统计表征端到端信道整体的信道系数，包括：首先，将h
w
近似为均值μ
w
和方差的LogN分布；然后匹配h
w
的一阶矩和二阶矩，通过计算h
w
的k阶矩，进而得到μ
w
和σ
w
的精确值。
[0009]可选的，考虑电力线传输采用双项伯努利
‑
高斯噪声模型，其传输误码率为：
[0010][0011]其中，和分别表示无脉冲噪声和存在脉冲噪声时的误码率，p为脉冲噪声出现的概率；
[0012]第二时隙IRS辅助的无线链路的误码率用表示，则系统的误码率P
b
为：
[0013][0014]在LogN分布条件下，可以计算得到信道误码率，对信道误码率的计算公式进行积分变换；分别对第一时隙和第二时隙对数正态分布模型，获得系统整体误码率。
[0015]可选的，非理想的信道估计会影响IRS辅助的无线信道性能，通过计算缓慢变化的到达角和离开角来估计接入点到IRS的无线链路的中断概率和误码率，即假设有理想的信道状态信息，h
nl
服从Nakagami分布；表示接入点到第n个IRS的第l个反射元件的复信道系数，h
nl
表示的幅值。
[0016]可选的，用方程模拟非理想状态信息的影响，第n个IRS的第l个反射元件到移动终端的复信道系数为：
[0017][0018]其中，是移动终端处已知的复数形式的信道估计，ζ
nl
∈[0,2π]是的相位，g
nl
表示的幅值，假设服从Nakagami分布；ρ是非理想信道估计影响因子，Δg
nl
是均值为零且方差为的复高斯随机变量，d
rd
是IRS与节点D之间的距离，τ是路径损耗因子。
[0019]可选的，在非理想信道状态信息(Imperfect Channel State Information,ICSI)情况下，对移动终端处的接收信干噪比使用复信道系数的极坐标进行表示，假设接入点与终端之间存在N个IRS，第n个IRS配备有L
n
个无源反射元件，同时假设IRS使用连续移相器，假设第i个信道系数h
i
均满足h
i
～Nakagami(m
i
,Ω
i
)分布(i∈{0,...,L
N
})，m
i
为分布的形状参数，Ω
i
为分布的扩展参数，计算h0的k阶矩，h0表示接入点到移动终端的直接链路的复信道系数的幅值。
[0020]可选的，移动终端处的接收信干噪比使用复信道系数的极坐标表示为：
[0021][0022]其中P
R
为接入点的发射功率，为接入点的发射功率，表示接入点到终端直接链路的复信道系数，表示接入点到第n个IRS的第l个反射元件的复信道系数；h0和h
nl
分别表示复信道系数的幅值，都服从Nakagami分布，φ0和φ
nl
分别表示和的相位；a
nl
∈(0,1]和θ
nl
分别代表第n个IRS的第l个反射元件的幅度反射系数和相移；n
w
为节点D处均值为0、方差为N
w
的加性高斯白噪声，即n
w
～N(0,N
w
)。
[0023]可选的，令A
nl
＝a
nl
h
nl
，假设每条信道系数均满足h
i
～Nakag本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能反射面辅助传输的变电站混合中继通信性能分析方法，其特征在于，变电站内的电力设备或传感器与数据集中器进行电力线通信，为第一时隙；数据集中器再通过接入点与移动终端进行无线通信，为第二时隙；其中，第二时隙中，数据集中器执行解码转发协议，将译码之后的信号通过无线接入点发送给移动终端或智能反射面，智能反射面对接收到的信号进行相位调整后发送给移动终端；所述方法包括：结合第二时隙智能反射面IRS辅助的无线通信的信道系数h
w
，采用矩量法框架，统计表征端到端信道整体的信道系数；根据无线链路信噪比和LogN分布的性质得到终端接收到的信噪比；根据终端接收到的信噪比计算得到第二时隙IRS辅助的无线通信链路中断概率。2.根据权利要求1所述的智能反射面辅助传输的变电站混合中继通信性能分析方法，其特征在于，统计表征端到端信道整体的信道系数，包括：首先，将h
w
近似为均值μ
w
和方差的LogN分布；然后匹配h
w
的一阶矩和二阶矩，通过计算h
w
的k阶矩，进而得到μ
w
和σ
w
的精确值。3.根据权利要求1所述的智能反射面辅助传输的变电站混合中继通信性能分析方法，其特征在于，考虑电力线传输采用双项伯努利
‑
高斯噪声模型，其传输误码率为：其中，和分别表示无脉冲噪声和存在脉冲噪声时的误码率，p为脉冲噪声出现的概率；第二时隙IRS辅助的无线链路的误码率用表示，则系统的误码率为：在LogN分布条件下，可以计算得到信道误码率，对信道误码率的计算公式进行积分变换；分别对第一时隙和第二时隙对数正态分布模型，获得系统整体误码率。4.根据权利要求3所述的智能反射面辅助传输的变电站混合中继通信性能分析方法，其特征在于，非理想的信道估计会影响IRS辅助的无线信道性能，通过计算缓慢变化的到达角和离开角来估计接入点到IRS的无线链路的中断概率和误码率，即假设有理想的信道状态信息，h
nl
服从Nakagami分布；表示接入点到第n个IRS的第l个反射元件的复信道系数，h
nl
表示的幅值。5.根据权利要求4所述的智能反射面辅助传输的变电站混合中继通信性能分析方法，其特征在于，用方程模拟非理想状态信息的影响，第n个IRS的第l个反射元件到移动终端的复信道系数为：其中，是移动终端处已知的复数形式的信道估计，ζ
nl
∈[0,2π]是的相位，g
nl
表示的幅值，假设服从Nakagami分布；ρ是非理想信道估计影响因子，Δg
nl
是均值为零且方差为的复高斯随机变量，d
rd
是IRS与节点D之间的距离，τ是路径损耗因子。6.根据权利要求5所述的智能反射面辅助传输的变电站混合中继通信性能分析方法，其特征在于，在非理想信道状态信息(Imperfect Channel State Information,ICSI)情况
下，对移动终端处的接收信干噪比使用复信道系数的极坐标进行表示，假设接入点与终端之间存在N个IRS，第n个IRS配备有L
n
个无源反射元件，同时假设IRS使用连续...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦增，丛犁，黄成斌，隋吉生，姜华，武迪，葛晓楠，李施昊，
申请(专利权)人：国网吉林省电力有限公司信息通信公司，
类型：发明
国别省市：