一种通信系统的数据传输优化方法、装置、终端及介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种通信系统的数据传输优化方法、装置、终端及介质，包括：根据级联信道模型对IRS辅助的信道进行建模；根据AoI的定义得到每个设备的AoI违规概率；构建信息时效性保障的有效容量最大化问题；根据李雅普诺夫优化算法将长期随机优化问题转化为每时隙确定性优化问题；将原有效容量最优化问题转化为马尔可夫决策过程；根据SAC算法对IRS相移和设备传输功率进行联合优化，得到优化后的数据传输策略。本发明专利技术解决了具有非完美CSI的IRS辅助NOMA通信系统中信息时效性保障的有效容量最大化问题。大化问题。大化问题。

【技术实现步骤摘要】
一种通信系统的数据传输优化方法、装置、终端及介质


[0001]本专利技术涉及NOMA通信
，尤其涉及的是一种通信系统的数据传输优化方法、装置、终端及介质。

技术介绍

[0002]相比于正交多址技术，NOMA(Non
‑
Orthogonal Multiple Access，即非正交多址接入)是一种提升频谱效率的关键无线接入之一。并且，利用能够改变无线信道环境的IRS(Intelligent Reflecting Surface，即智能反射平面)，可以构建新型的IRS辅助的NOMA通信系统。由于IRS的被动特性，获取精确的CSI(Channel State Information，信道状态信息)是具有挑战性的。
[0003]针对传统的有效容量最大化问题，现有的方案仅仅考虑通信实现受限下的信道容量优化问题，但是，信道容量优化问题还需要考虑信息时效性，而信息时效性是不同于通信时延的性能指标，其利用信息年龄(Age of Information，AoI)进行度量。因为，在信息时效性的限制对有效容量的影响是值得研究的问题。最后，考虑到NOMA系统之间存在干扰，并且IRS具有较多的子单元数，现有的信道容量优化方案并不能实现在保障信息时效性的同时最大化有效容量。
[0004]因此，现有技术还有待改进。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术缺陷，本专利技术提供一种通信系统的数据传输优化方法、装置、终端及介质，以解决具有非完美CSI的IRS辅助的NOMA通信系统中信息时效性保障的有效容量最大化问题。
[0006]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种通信系统的数据传输优化方法，包括：
[0008]根据级联信道模型对IRS辅助的信道进行建模；
[0009]根据AoI的定义得到每个设备的AoI违规概率；
[0010]构建信息时效性保障的有效容量最大化问题；
[0011]根据李雅普诺夫优化算法将长期随机优化问题转化为每时隙确定性优化问题；
[0012]将原有效容量最优化问题转化为马尔可夫决策过程；
[0013]根据SAC算法对IRS相移和设备传输功率进行联合优化，得到优化后的数据传输策略。
[0014]在一种实现方式中，所述根据级联信道模型对IRS辅助的信道进行建模，之前包括：
[0015]将时间按照时隙进行划分，得到若干个时隙；
[0016]在时隙t时，获取设备k的信号：
[0017][0018]其中，h
AI
(t)∈1
×
N表示在时隙t时AP与IRS之间的信道状态矩阵；
[0019]h
Ik
(t)表示在时隙t时IRS与设备k之间的信道状态矩阵；
[0020]s
k
(t)表示设备k在时隙t时的信号；
[0021]p
k
(t)表示设备k在时隙t时的功率；
[0022]n
k
表示设备k在基站端的噪声；
[0023]Φ(t)表示在时隙t时IRS的所有子单元的相位矩阵，
[0024]在一种实现方式中，所述根据级联信道模型对IRS辅助的信道进行建模，包括：
[0025]利用所述级联信道模型对所述IRS辅助的通信信道进行建模：
[0026][0027]其中，表示为估计的级联信道，diag(h
AI
(t))h
Ik
(t)为从AP通过IRS到设备的级联信道矩阵；
[0028]ΔQ
k
(t)表示时隙t时设备k级联信道相应的信道估计误差。
[0029]在一种实现方式中，所述根据AoI的定义得到每个设备的AoI违规概率，包括：
[0030]确定设备k在时隙t时的AoI值：
[0031][0032]其中，A
k
(t)表示在时隙t时设备k的AoI值，表示设备k处第u个数据包达到的时间，表示设备k传输第u个数据包时间；
[0033]计算每个设备k的AoI违规概率：
[0034][0035]其中，d
k
表示设备k AoI的门限值，Pr{x}表示事件x成立的概率，ε
k
表示设备kAoI违规概率的最大值。
[0036]在一种实现方式中，所述根据AoI的定义得到每个设备的AoI违规概率，还包括：
[0037]获取针对任意任务达到模式的设备AoI违规概率与实时任务队列、处理任务数等参数之间的关系：
[0038][0039]其中，表示在时间[t
‑
d
k
,t)内设备k处达到数据包数；
[0040]根据所述设备AoI违规概率与所述实时任务队列、所述处理任务数等参数之间的关系，计算每个设备k的AoI违规概率：
[0041][0042]其中，T表示总时隙数。
[0043]在一种实现方式中，所述构建信息时效性保障的有效容量最大化问题，包括：
[0044]确定设备k的与时延相关的有效容量：
[0045][0046]其中，θ表示服务质量因子；
[0047]将信息时效性保障的有效容量最大化问题表示为：
[0048][0049]s.t.信息时效性限制：
[0050]瞬时功率限制：
[0051]平均功率限制：
[0052]相位决策限制：
[0053]其中，p＝{p
k
(t),k∈K,t∈T}表示整个T时隙内K个设备的功率值，Φ＝{φ1(t),L,φ
f
(t),L,φ
F
(t),t∈T}表示整个T时隙内IRS所有子单元的相移值，表示设备k瞬时功率值的门限值，表示设备k平均功率值的门限值。
[0054]在一种实现方式中，所述根据李雅普诺夫优化算法将长期随机优化问题转化为每时隙确定性优化问题，包括：
[0055]利用虚拟队列模型将信息时效性限制条件和平均功率限制条件转化为队列稳定性问题：
[0056][0057][0058]确定李雅普诺夫偏移惩罚函数：
[0059][0060]其中，B表示为决策变量无关的变量值；
[0061]将信息时效性保障的有效容量最大化问题转化为每时隙确定性优化问题：
[0062][0063][0064]s.t.瞬时功率限制条件：
[0065]相位决策限制条件：
[0066]在一种实现方式中，所述将原有效容量最优化问题转化为马尔可夫决策过程，包括：
[0067]定义所述马尔可夫决策过程的行动空间、决策空间和奖励函数；
[0068]根据所述行动空间、决策空间和奖励函数构建离散的马尔可夫决策过程。
[0069]在一种实现方式中，所述定义所述马尔可夫决策过程的行动空间、决策空间和奖励函数，包括：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通信系统的数据传输优化方法，其特征在于，包括：根据级联信道模型对IRS辅助的信道进行建模；根据AoI的定义得到每个设备的AoI违规概率；构建信息时效性保障的有效容量最大化问题；根据李雅普诺夫优化算法将长期随机优化问题转化为每时隙确定性优化问题；将原有效容量最优化问题转化为马尔可夫决策过程；根据SAC算法对IRS相移和设备传输功率进行联合优化，得到优化后的数据传输策略。2.根据权利要求1所述的通信系统的数据传输优化方法，其特征在于，所述根据级联信道模型对IRS辅助的信道进行建模，之前包括：将时间按照时隙进行划分，得到若干个时隙；在时隙t时，获取设备k的信号：其中，h
AI
(t)∈1
×
N表示在时隙t时AP与IRS之间的信道状态矩阵；h
Ik
(t)表示在时隙t时IRS与设备k之间的信道状态矩阵；s
k
(t)表示设备k在时隙t时的信号；p
k
(t)表示设备k在时隙t时的功率；n
k
表示设备k在基站端的噪声；Φ(t)表示在时隙t时IRS的所有子单元的相位矩阵，3.根据权利要求1所述的通信系统的数据传输优化方法，其特征在于，所述根据级联信道模型对IRS辅助的信道进行建模，包括：利用所述级联信道模型对所述IRS辅助的通信信道进行建模：其中，表示为估计的级联信道，diag(h
AI
(t))h
Ik
(t)为从AP通过IRS到设备的级联信道矩阵；ΔQ
k
(t)表示时隙t时设备k级联信道相应的信道估计误差。4.根据权利要求1所述的通信系统的数据传输优化方法，其特征在于，所述根据AoI的定义得到每个设备的AoI违规概率，包括：确定设备k在时隙t时的AoI值：其中，A
k
(t)表示在时隙t时设备k的AoI值，表示设备k处第u个数据包达到的时间，表示设备k传输第u个数据包时间；计算每个设备k的AoI违规概率：其中，d
k
表示设备k AoI的门限值，Pr{x}表示事件x成立的概率，ε
k
表示设备kAoI违规概率的最大值。
5.根据权利要求4所述的通信系统的数据传输优化方法，其特征在于，所述根据AoI的定义得到每个设备的AoI违规概率，还包括：获取针对任意任务达到模式的设备AoI违规概率与实时任务队列、处理任务数等参数之间的关系：其中，表示在时间[t
‑
d
k
,t)内设备k处达到数据包数；根据所述设备AoI违规概率与所述实时任务队列、所述处理任务数等参数之间的关系，计算每个设备k的AoI违规概率：其中，T表示总时隙数。6.根据权利要求1所述的通信系统的数据传输优化方法，其特征在于，所述构建信息时效性保障的有效容量最大化问题，包括：确定设备k的与时延相关的有效容量：其中，θ表示服务质量因子；将信息时效性保障的有效容量最大化问题表示为：s.t.信息时效性限制：瞬时功率限制：平均功率限制：相位决策限制：其中，p＝{p
k
(t),k∈K,t∈T}表示整个T时隙内K个设备的功率值，Φ＝{φ1(t),L,φ
f
(t),L,φ
F<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘龙，许晓东，陈昊，陈建侨，马楠，张平，
申请(专利权)人：鹏城实验室，
类型：发明
国别省市：