一种基于IRS和NOMA的双向通信方法技术

本发明专利技术实施例提供一种基于IRS和NOMA的双向通信方法，属于智能反射面技术与新型技术相结合的通信技术领域。包括：构建IRS

【技术实现步骤摘要】
一种基于IRS和NOMA的双向通信方法


[0001]本专利技术涉及智能反射面技术与新型技术相结合的通信
，具体地涉及一种基于IRS和NOMA的双向通信方法。

技术介绍

[0002]随着接入网络移动设备的增加，有限的频谱带宽需要服务更多的终端，传统的正交多址(OMA，Orthogonal Multiple Access)技术为了避免用户间的相互干扰将每个子频带仅分配给一个用户，造成了资源浪费，难以满足新一代移动通信系统中海量接入的需求。近年来，非正交多址接入(NOMA，Non
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orthogonal Multiple Access)技术由于其有效提高频谱资源利用率、支持海量并发连接、满足用户间公平性，受到学术界与工业界的广泛关注。基于功率域复用的NOMA技术，即在发送端引入了功率复用概念，对用户分配不同功率发送混合信号，在接收端使用连续干扰消除(SIC，Successive Interference Cancellation)技术去除所有干扰信息，实现多用户信号的正确解码。
[0003]另一方面，为了满足无线网络日益增长的高质量通信需求，同时随着半导体技术和新材料技术的不断发展，提出了一种能够同时提高系统频谱利用率和信号接收质量的新技术，即智能反射面(IRS，Intelligent Reflecting Surface)技术。智能反射面通过实时调节信号的幅度和相位，被动地反射信号，从而在接收端实现控制信号、重构无线信道，达到增强通信质量的目的。IRS是基于超材料技术制作的超薄表面，由大量无源元件构成，重量轻，易于部署、替换和拆除。此外，IRS作为无线网络中的辅助设备，可以透明地集成到无线网络中，从而为网络通信提供了很强的灵活性和兼容性。
[0004]NOMA和IRS技术因其独特的性能优势，被认为是未来6G无线通信中的关键技术。采用IRS辅助通信不仅可以提供额外的信道路径，构建具有显著强度差异的组合通道，而且以人工的方式重新调整用户的(组合)通道，在特定场景中获得更强的系统增益。通过IRS重新配置无线环境，利用其能够有效地对齐用户通信信道的向量方向，从而有效地促进NOMA的实现、提高系统性能，这也大大推动了将IRS结合NOMA技术的研究。
[0005]Cheng Y等人2020年在《IEEE Global Communications Conference》发表了一篇名为“Outage Performance of Downlink IRS
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Assisted NOMA Systems”(IRS辅助下行NOMA系统的中断性能)的论文。该文提出了在下行NOMA系统中，利用IRS辅助小区边缘用户以此增强覆盖范围，结果表明在高信噪比区间，IRS
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NOMA系统相较于全双工中继辅助NOMA系统具有更好的中断性能。在上文的基础上，Cheng Y等人2021年在《IEEE Transactions on Wireless Communications》发表了“Downlink and Uplink Intelligent Reflecting Surface Aided Networks：NOMA and OMA”(IRS辅助NOMA和OMA上下行链路网络)。该文研究了IRS
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NOMA与IRS
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OMA上下行链路传输的系统性能，推导出用户的中断概率和频谱遍历率的闭合表达式。结果表明，基于NOMA系统应用IRS相较于全双工中继的优越性。上述IRS辅助NOMA传输均采用了半双工(HD，Half
‑
Duplex)模式，半双工工作模式通常会占用额外的时频资源，造成收发效率不高的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例的目的是提供一种基于IRS和NOMA的双向通信方法，该基于IRS和NOMA的双向通信方法基于智能反射面和全双工策略辅助的非正交多址接入双向通信技术，引入智能反射面技术辅助远端用户通信扩大小区覆盖率，基站与用户均工作在全双工(FD，Full
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Duplex)模式下能够高效同时进行收发信息。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供一种基于IRS和NOMA的双向通信方法，所述基于IRS和NOMA的双向通信方法包括：
[0008]构建IRS
‑
NOMA系统模型，其中，所述IRS
‑
NOMA系统模型包括基站、用户A和用户B，其均处于全双工模式，所述基站与所述用户A能够直接通信，所述基站与所述用户B使用IRS辅助通信；
[0009]在下行链路中，用户A接收到来自基站的混合信号，用户B接收到来自所述基站的混合信号和经智能反射面反射的自身发送信号；其中，所述用户A利用SIC技术检测并去除所述混合信号中所述用户B的信息，之后对于自身信息进行检测解码；所述用户B消除自身干扰信号后，将所述用户A的信号视为干扰信号直接解码用户B自身的信号；以及
[0010]在上行链路中，所述基站接收到来自用户A与所述用户B各自发送的信号和经所述智能反射面反射的叠加混合信号；所述基站在消除基站自身信号后，将所述用户B的发送信号视为干扰信号而优先解码所述用户A发送的信号，所述基站执行SIC后直接解码所述用户B发送的信号。
[0011]优选地，所述构建IRS
‑
NOMA系统模型包括：
[0012]设基站与用户A之间的直接链路为瑞利衰落模型，表示为h～CN(0,1)；服从均值为0、方差为1的复高斯分布；
[0013]基站与IRS之间的信道表示为g1∈C
1xN
，IRS与用户B间的信道表示为g2∈C
N
×1，g1和g2中所有的元素均服从Nakagami
‑
m衰落模型，衰落系数为m
G
和m
g
。
[0014]优选地，所述用户A接收到来自基站的混合信号，用户B接收到来自所述基站的混合信号和经智能反射面反射的自身发送信号包括：
[0015][0016][0017]基站发送叠加混合信号为其中，P为基站传输功率，s1、s2分别表示传输至用户A、用户B的有用信号，α1和α2分别为对应的功率分配系数，且满足α1+α2＝1；
[0018]y1为用户A接收到的信号，y2为用户B接收到的信号；P
U
为用户A的最大传输功率，用户A和用户B的最大传输功率相同；，表示用户A向基站发送的信号，为用户B向基站发送的信号；d1为基站到用户A的距离，d
R
为基站到IRS的距离，d2为IRS到用户B的距离；α
h
、α
G
、α
g
分别表示基站与用户A、基站与IRS、IRS与用户B信道的路径损耗系数；h
11
、h
22
分别表示用户A、用户B处的环路干扰信道；n1、n2分别为用户A和用户B的接收端的接收噪声，且n1:n2:...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于IRS和NOMA的双向通信方法，其特征在于，所述基于IRS和NOMA的双向通信方法包括：构建IRS
‑
NOMA系统模型，其中，所述IRS
‑
NOMA系统模型包括基站、用户A和用户B，其均处于全双工模式，所述基站与所述用户A能够直接通信，所述基站与所述用户B使用IRS辅助通信；在下行链路中，用户A接收到来自基站的混合信号，用户B接收到来自所述基站的混合信号和经智能反射面反射的自身发送信号；其中，所述用户A利用SIC技术检测并去除所述混合信号中所述用户B的信息，之后对于自身信息进行检测解码；所述用户B消除自身干扰信号后，将所述用户A的信号视为干扰信号直接解码用户B自身的信号；以及在上行链路中，所述基站接收到来自用户A与所述用户B各自发送的信号和经所述智能反射面反射的叠加混合信号；所述基站在消除基站自身信号后，将所述用户B的发送信号视为干扰信号而优先解码所述用户A发送的信号，所述基站执行SIC后直接解码所述用户B发送的信号。2.根据权利要求1所述的基于IRS和NOMA的双向通信方法，其特征在于，所述构建IRS
‑
NOMA系统模型包括：设基站与用户A之间的直接链路为瑞利衰落模型，表示为h～CN(0,1)；服从均值为0、方差为1的复高斯分布；基站与IRS之间的信道表示为g1∈C
1xN
，IRS与用户B间的信道表示为g2∈C
N
×1，g1和g2中所有的元素均服从Nakagami
‑
m衰落模型，衰落系数为m
G
和m
g
。3.根据权利要求2所述的基于IRS和NOMA的双向通信方法，其特征在于，所述用户A接收到来自基站的混合信号，用户B接收到来自所述基站的混合信号和经智能反射面反射的自身发送信号包括：身发送信号包括：基站发送叠加混合信号为其中，P为基站传输功率，s1、s2分别表示传输至用户A、用户B的有用信号，α1和α2分...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯友宏，董程秋，董国青，张绅，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：