一种基于信道分布信息的RIS-IM-NOMA系统设计方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于信道分布信息的RIS

【技术实现步骤摘要】
一种基于信道分布信息的RIS
‑
IM
‑
NOMA系统设计方法


[0001]本专利技术属于通信
，涉及一种基于信道分布信息的RIS
‑
IM
‑
NOMA系统设计方法。

技术介绍

[0002]第五代移动通信(5th Generation Mobile Communication，5G)网络旨在实现“万物互联”的愿景，包括机对人通信、机对机通信和人对人通信等一系列全新通信模式。这些新模式预计将连接大量具有不同需求的异构数据匮乏设备，导致频谱短缺危机，同时增加能源消耗，因此预期的大量用户以及频谱的稀缺和电力资源的限制均位于未来通信系统面临的主要挑战之列。虽然最初的5G标准于2018年完成，但研究人员已经开始探索5G后续版本有潜力的替代技术。这些技术包括可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface，RIS)、索引调制(Index Modulation，IM)、非正交多址接入(Nonorthogonal Multiple Access，NOM本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于信道分布信息的RIS
‑
IM
‑
NOMA系统设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：建立利用信道相关性矩阵构建的信道模型；S2：建立RIS
‑
IM
‑
NOMA
‑
CDI系统模型，定义反射系数矩阵及检测方式；S3：对该系统模型的误码率理论上界做出推导及分析；S4：对该系统模型的频谱效率性能进行理论分析，引入中断概率限制提出用户间频谱效率公平性问题；S5：对功率分配方式进行优化设计，改善系统公平性。2.根据权利要求1所述的一种基于信道分布信息的RIS
‑
IM
‑
NOMA系统设计方法，其特征在于：所述S1具体包括：设采用相关性瑞利衰落模型，设信道Z服从0均值圆对称复高斯分布，定义信道相关性矩阵为：R＝E[vec(Z)vec
H
(Z)]其中vec(
·
)表示将括号内矩阵的列堆叠成一个长列向量；vec
H
(
·
)表示括号内向量的共轭转置；由于基站有足够大的空间，假设发送天线之间是不相关的，只有接收天线存在相关性，总的相关性矩阵表示如下：其中R
(m)
指编号为m的天线观测到的接收相关矩阵；0
K
×
K
表示K行K列的全0矩阵；实际场景中将观测所得R
(m)
乘以一个维度与Z相同且服从标准复高斯分布的矩阵Σ的第m列Σ
m
来代替Z，免去对Z的CSI实时反馈，R
(m)
×
Σ
m
展开形式如下：其中表示利用编号为m的天线观测到的接收相关矩阵所生成信道矩阵中对应元素模值和相位。3.根据权利要求2所述的一种基于信道分布信息的RIS
‑
IM
‑
NOMA系统设计方法，其特征在于：所述S2具体包括：总传输数据含(log2N
t
+Klog2M)bits信息，第一部分log2N
t
bits传递发送天线索引信息，并使RIS控制器相应调整反射参数；第二部分Klog2Mbits传递用户数据信息，用户乘以各自功率分配系数并分别映射到星座图后进行传输；利用上述相关性信道矩阵，从而避免获知完美CSI的信道估计开销，总接收信号表达式如下
即第k个用户接收到从编号为m的天线发送的数据表示为：RIS每个子表面通过适当且独立地调整其相移矩阵，提升信号质量并隐式传递发送天线索引信息；假设每个反射元件均达到最大反射系数，同时由于上式中相关性信道矩阵各元素模值与相位由观测所得，并将RIS反射幅值全部置为1，使用第m根发送天线时接收信噪比为：其中N0表示噪声能量；确定发送天线索引m和用户k情况下取使接收信噪比最大：接收端利用检测所得发送天线索引m和用户信息x
k
对接收信号顺序解调，即先解调出信道条件最差用户一信号估计值再由按用户功率分配系数由大到小顺序，依次从各用户原始接收信号中将功率分配系数最大信号解调并逐个剔除，直至完成全部用户信号解调；对发送天线索引信息进行检测如下：确定发送天线索引信息之后，再对发送符号x
k
进行检测如下：
接着选取使接收信噪比最大的发送天线m，即发送天线索引信息，之后解调出u1信号估计值再由依次解调出其余信号，完成数据传输。4.根据权利要求3所述的一种基于信道分布信息的RIS
‑
IM
‑
NOMA系统设计方法，其特征在于：所述S3具体包括：系统用户k误码率上界P
bk
如下：其中P
e
(m)利用PEP表示出上界为：其中是指所有索引信息检测错误时PEP的平均，对于每个用户均一致；当发送M
‑
QAM调制信号时考虑且E[|x|2]＝E
s
，有如下计算：，有如下计算：其中为索引信息检测为m或时用户总信道，令其中其中其中均服从高斯分布，接着对B1与的统计特性做出分析；信道相关性矩阵为观测所得，而生成信道时乘以服从瑞利分布信道，有及根据中心极限定理知B与均服从高斯分布，于是得对于还需考虑与同样为(0,2π)的均匀分布，于是有及考虑正余弦函数的对称性，最终有接着令Q1＝x
1T
Ax1，其中x1＝[X1,X2,X3,X4]、A＝diag{1,1,
‑
1,
‑
1}；则x1的均值V1和协方差矩阵C1为：V1＝[0 0 0 0]
T
表示X5与X6的相关系数；联合上式得出Q1的矩量母函数Ψ
Q
(w)，进而求出进而求出进而求出对于等号右式左边部分考虑P
sk
，即索引信息检测正确条件下平均符号错误概率，对应的矩量母函数为：其中α
k
E
s
/N0表示各用户对应信噪比；CDI条件下使用M
‑
QAM调制信号时各用户误码率如下：其中det(
·
)表示求括号内矩阵行列式；I
NtK
表示维度为N
t
×
K的单位矩阵；g
QAM
＝3/2(M
‑
1)定义为使用M

【专利技术属性】
技术研发人员：庄陵，黄恺，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：