【技术实现步骤摘要】
IRS辅助下的NOMA下行保密和速率最大化方法
[0001]本专利技术涉及一种系统速率最大化方法,尤其是涉及一种IRS(Intelligent Reflecting Surface,智能反射表面)辅助下的NOMA(Non
‑
Orthogonal Multiple Access,非正交多址接入)下行保密和速率最大化方法。
技术介绍
[0002]20世纪80年代中期以后,出现了第一代模拟移动通信系统,其采用模拟信号通信方法,使得人们可以通过移动电话实现远程实时通信。随后,第二代移动通信系统采用了数字信号传输方式,提高了无线通信中信号传输的稳定性和抗噪声能力,人们的基本语音通话需求已经得到了满足,期盼着能够通过通信系统对图片、视频等媒体文件进行传输和处理,实现看电影、视频通话等功能。于是,采用码分多址技术的第三代移动通信系统应运而生。第四代移动通信OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,正交频分多址)技术,提高了通信系统的频带利用率和信道容量。但是,随着移动互联网和电子信息技术的进一步发展,移动通信用户数量以及人们对于数据流量的需求出现了爆发式增长,为了应对上述问题,通信技术需进一步增强用以提高通信系统的容量以及能效。随着无线通信产业的蓬勃发展,多址接入技术也在不断发展。因此,面向5G的NOMA(Non
‑
Orthogonal Multiple Access,非正交多址接入)技术近年来引起了相关研究人员的广泛关注。与OFDM ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种IRS辅助下的NOMA下行保密和速率最大化方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1:在IRS辅助下的NOMA系统的下行链路中,设定存在一个基站、M个合法用户和一个被动窃听器,且基站、每个合法用户和被动窃听器各配置有一个天线;设定IRS设置于基站与任一个合法用户之间;设定合法用户之间共享频域资源;设定采用平坦衰落的瑞利信道模型,每个合法用户的瞬时信道状态信息在基站处是已知的,而被动窃听器的瞬时信道状态信息在基站处是未知的;设定每个合法用户有预定的QoS要求,这要求基站以最小数据速率向每个合法用户发送信号;其中,M≥2;步骤2:在IRS辅助下的NOMA系统的下行链路的发送端,根据NOMA原理,基站采用叠加编码技术将发送信号通过基站与每个合法用户之间的直接信道和IRS反射信道发射给每个合法用户,将基站的发送信号记为x,其中,m表示合法用户的索引号,1≤m≤M,x
m
表示第m个合法用户需要的信号,x
m
是均值为0且方差为1的独立随机变量,P表示基站的发射功率,α
m
表示分配给第m个合法用户的功率分配系数;步骤3:在IRS辅助下的NOMA系统的下行链路的接收端,设定第m个合法用户是接收端第m个解码的合法用户,则M个合法用户和被动窃听器的信道增益存在以下关系:其中,符号“||”为求模符号,h1表示第1个合法用户的信道增益,h2表示第2个合法用户的信道增益,h
M
表示第M个合法用户的信道增益,M
eav
表示信道增益不大于h
eav
的合法用户的数量,表示第M
eav
个合法用户的信道增益,表示第M
eav
+1个合法用户的信道增益,第m个合法用户的信道增益h
m
表示为h
eav
表示被动窃听器的信道增益,h
m0
表示基站到第m个合法用户的信道矩阵,G0表示基站到IRS的信道矩阵,上标“H”表示向量或矩阵的厄米特转置,D
m0
表示IRS到第m个合法用户的信道矩阵,h
eav0
表示基站到被动窃听器的信道矩阵,D
eav
表示IRS到被动窃听器的信道矩阵,h
m0
和h
eav0
的维数为1
×
1,的维数为1
×
N,D
m0
的维数为N
×
1,D
eav
的维数为N
×
1,N表示IRS包含的反射单元的数量,N≥2,Ω表示IRS的反射矩阵,Ω为一个对角矩阵,diag[]表示求对角矩阵,e表示自然基数,j表示虚数单位,θ1表示IRS的第1个反射单元的相位,θ
N
表示IRS的第N个反射单元的相位,IRS的第n个反射单元的相位θ
n
∈[0,2π),1≤n≤N;步骤4:在M个合法用户和被动窃听器的信道增益的关系下,根据NOMA串行干扰消除原理,接收端第m个解码的合法用户先解码第1个合法用户至第m
‑
1个合法用户的信号并以连续的方式将其剔除,后解码第m个合法用户自身的信号,并将第m+1个合法用户至第M个合法用户的信号视为噪声;然后根据香农公式,计算接收端第m个解码的合法用户的可达速率,记为R
m
,并计算被动窃听器窃听接收端第m个解码的合法用户的速率,记为法用户的速率,记为再根据保密系统概念,计算接收端第m个解码的合法用户的保密速率,记为最后计算IRS辅助下的NOMA系统的下行链路的保密和速率,记为R
s
,其中,α
i
表示分配给第i个合法用户的功率分配系
数,表示第m个合法用户接收到的加性高斯白噪声noise的功率,第m个合法用户接收到的加性高斯白噪声noise的均值为0且方差为()
+
表示取大于0的部分;步骤5:设定第m个合法用户在QoS限制下的最低传输速率为则有:进而有设定IRS辅助下的NOMA系统的下行链路在QoS限制下分配给每个合法用户的最小发射功率为P
min
,则有:,则有:然后根据得到限制条件得到限制条件再通过反证法证明:对于所有满足条件的m,当满足有满足条件的m,当满足时,成立,进而将IRS辅助下的NOMA系统的下行链路的保密和速率最大化问题描述为:立,进而将IRS辅助下的NOMA系统的下行链路的保密和速率最大化问题描述为:其中,P
m
表示分配给第m个合法用户的功率,P
m
=α
m
P,P
i
表示分配给第i个合法用户的功率,表示分配给第i个合法用户的功率,符号表示定义,min为取最小值函数,max为取最大值函数,“s.t.”表示“受约束于
……”
;步骤6:将转化为转化为转化为然后定义定义定义定义得到步骤7:对中的R(γ)求导,得到中的R(γ)求导,得到进而将IRS辅助下的NOMA系统的下行链路的...
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