一种双RIS协作辅助的NOMA系统上行传输方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种双RIS协作辅助的NOMA系统上行传输方法及装置，包括：添加用户群体A和用户群体B中各用户个体最低数据传输速率的限定条件，以最小化NOMA系统的总发射功率为优化目标建立优化问题P1；分别固定智能超表面RIS 1和智能超表面RIS 2的相移矩阵，对优化问题P1进行优化求解获得最优相移矩阵Φ2和最优相移矩阵Φ1；根据最优相移矩阵Φ1控制智能超表面RIS 1动作或者根据最优相移矩阵Φ2控制智能超表面RIS 2动作，辅助NOMA系统进行数据上行传输；利用NOMA系统可以叠加编码与连续干扰删除的优势和智能超表面RIS在增强有用信号与抵消干扰信号两方面的优势，提高NOMA系统的性能同时降低总功耗。同时降低总功耗。同时降低总功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种双RIS协作辅助的NOMA系统上行传输方法及装置


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体涉及双RIS协作辅助的NOMA系统上行传输方法及装置。

技术介绍

[0002]毫米波通信是解决B5G(Beyond 5G)乃至6G通信系统中用户服务质量不断增高的问题的关键技术，然而由于其处于较高频段，面临覆盖范围有限，易阻塞和路径损耗高等问题。随着智能材料的发展，智能超表面RIS作为一种具备极高的性价比和能效的关键技术有望解决毫米波通信中的这些问题。智能超表面RIS由大量无源可重构单元组成，可以安装在较大的平面上(如室内的墙壁或天花板、室外的建筑物或标志)，通过合理的调整其可重构单元的相位，可以反射障碍物周围的射频能量，并在毫米波源和目的地之间创建虚拟的视距传播路径(Line
‑
of
‑
sight，LoS)。
[0003]另一方面，传统OMA技术往往是通过牺牲无线资源来换取性能的，在未来通信系统中，需要支持大规模的链接和更高的频谱效率，因此迫切需要一种新的多址接入技术解决这个问题。非正交多址接入技术可以将同一无线资源分配给多个用户，为解决频谱短缺问题提供了一个新的思路。将智能超表面RIS与NOMA技术进行结合可进一步提升系统的频谱效率与功率效率，进而通过联合优化基站发出的有源波束和通过智能超表面RIS反射之后的无源波束可以更好的提高系统的性能；
[0004]但是目前关于协作智能超表面RIS辅助OMA系统方案都没有高效利用NOMA系统的功率资源，导致NOMA系统的总功耗浪费。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种双RIS协作辅助的NOMA系统上行传输方法及装置，利用NOMA系统可以叠加编码与连续干扰删除的优势和智能超表面RIS在增强有用信号与抵消干扰信号两方面的优势，提高NOMA系统的性能同时降低总功耗。
[0006]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种双RIS协作辅助的NOMA系统上行传输方法，包括：
[0008]建立NOMA系统中用户群体A与基站BS之间、用户群体B与基站BS之间、智能超表面RIS 1与基站BS之间、智能超表面RIS 2与基站BS之间以及智能超表面RIS 1与智能超表面RIS 2之间的信道模型；
[0009]构建基站BS接收端的总接收信号数学模型y；按照NOMA系统数据上行传输的解调顺序，基于总接收信号数学模型y分别确定用户群体A和用户群体B中用户个体发送信号的信噪比表达式；
[0010]利用所述信噪比表达式表示各用户个体的数据传输速率，添加用户群体A和用户群体B中各用户个体最低数据传输速率的限定条件，以最小化NOMA系统的总发射功率为优化目标建立优化问题P1，其中，优化变量为所述用户个体的信号发射功率以及智能超表面
RIS 1与智能超表面RIS 2的相移矩阵变量；
[0011]固定智能超表面RIS 1的相移矩阵，更新用户群体B中各用户个体的信号发射功率P
2,k
，对优化问题P1进行优化求解获得智能超表面RIS 2的最优相移矩阵Φ2；
[0012]固定智能超表面RIS 2的相移矩阵，更新用户群体A中各用户个体的信号发射功率P
1,k
；对优化问题P1进行优化求解获得智能超表面RIS 1的最优相移矩阵Φ1；
[0013]根据最优相移矩阵Φ1控制智能超表面RIS 1动作或者根据最优相移矩阵Φ2控制智能超表面RIS 2动作，辅助NOMA系统进行数据上行传输。
[0014]优选的，建立NOMA系统中用户群体A与基站BS之间、用户群体B与基站BS之间、智能超表面RIS 1与基站BS之间、智能超表面RIS 2与基站BS之间以及智能超表面RIS 1与智能超表面RIS 2之间的信道模型的方法包括：
[0015]利用莱斯衰落信道建立智能超表面RIS 1与基站BS之间、智能超表面RIS 2与基站BS之间以及智能超表面RIS 1与智能超表面RIS 2之间的信道模型；
[0016]将用户群体A与基站BS之间的信道模型表示为：
[0017]h
1,i
＝G1Φ1u
1,i
[0018]将用户群体B与基站BS之间的信道模型表示为：
[0019]h
2,j
＝G2Φ2u
2,j
+G1Φ1DΦ2u
2,j
[0020]公式中，h
1,i
表示为用户群体A与基站BS之间的信道模型，h
2,j
为用户群体B与基站BS之间的信道模型，表示基站BS与智能超表面RIS 1之间的信道，表示为复数向量；表示基站BS与智能超表面RIS 2之间的信道，M1表示为智能超表面RIS 1中可重构单元数目，M2表示为智能超表面RIS 2中可重构单元数目；表示智能超表面RIS1与个体用户u[1,i]之间的信道，个体用户u[1,i]表示用户群体A中第i号个体用户，表示智能超表面RIS 2与用户u[2,j]之间的信道，个体用户u[2,j]表示用户群体B中第j号个体用户；表示智能超表面RIS 1与智能超表面RIS 2之间的信道；表示智能超表面RIS 1的相移矩阵，表示智能超表面RIS 2的相移矩阵；φ
2,1
至φ
2,M2
表示为智能超表面RIS 2中可重构单元的相位；φ
1,1
至φ
1,M1
表示为智能超表面RIS 1中可重构单元的相位；j表示为虚数；θ
ρ,m
表示为智能超表面RISρ中第m个可重构单元的幅度系数，ρ∈{1,2}，m∈{1,
…
,M
ρ
}；
[0021]将每个可重构单元的幅度系数均设置为一个最大值，即θ
ρ,m
＝1；将每个可重构单元的相位均匀量化为一组离散值，记为ω表示为相位分辨率。
[0022]优选的，构建基站BS接收端的总接收信号数学模型y，表达公式为：
[0023][0024]其中，P
1,k
和S
1,k
分别为用户个体u[1,k]的发射功率和归一化的发射信号；P
2,k
和S
2,k
分别为用户个体u[2,k]的发射功率和归一化的发射信号；为服从均值为0，方差为σ2的复高斯白噪声；用户个体u[1,k]表示为用户群体A中第i号个体用户，用户个体u[2,k]分别表示为用户群体B中第k号个体用户；K1表示为用户群体A中个体用户的数量；K2表示为用户群体B中个体用户的数量。
[0025]优选的，按照NOMA系统数据上行传输的解调顺序，基于总接收信号数学模型y分别确定用户群体A和用户群体B中用户个体发送信号的信噪比表达式的方法包括：
[0026]设定智能超表面RIS 1与基站BS的距离小于智能超表面RIS 2与基站BS的距离；根据上行NOMA通信系统的解码顺序，基站首先本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双RIS协作辅助的NOMA系统上行传输方法，其特征在于，包括：建立NOMA系统中用户群体A与基站BS之间、用户群体B与基站BS之间、智能超表面RIS 1与基站BS之间、智能超表面RIS 2与基站BS之间以及智能超表面RIS 1与智能超表面RIS 2之间的信道模型；构建基站BS接收端的总接收信号数学模型y；按照NOMA系统数据上行传输的解调顺序，基于总接收信号数学模型y分别确定用户群体A和用户群体B中用户个体发送信号的信噪比表达式；利用所述信噪比表达式表示各用户个体的数据传输速率，添加用户群体A和用户群体B中各用户个体最低数据传输速率的限定条件，以最小化NOMA系统的总发射功率为优化目标建立优化问题P1，其中，优化变量为所述用户个体的信号发射功率以及智能超表面RIS 1与智能超表面RIS 2的相移矩阵变量；固定智能超表面RIS 1的相移矩阵，更新用户群体B中各用户个体的信号发射功率P
2,k
，对优化问题P1进行优化求解获得智能超表面RIS 2的最优相移矩阵Φ2；固定智能超表面RIS 2的相移矩阵，更新用户群体A中各用户个体的信号发射功率P
1,k
；对优化问题P1进行优化求解获得智能超表面RIS 1的最优相移矩阵Φ1；根据最优相移矩阵Φ1控制智能超表面RIS 1动作或者根据最优相移矩阵Φ2控制智能超表面RIS 2动作，辅助NOMA系统进行数据上行传输。2.根据权利要求1所述的一种双RIS协作辅助的NOMA系统上行传输方法，其特征在于，建立NOMA系统中用户群体A与基站BS之间、用户群体B与基站BS之间、智能超表面RIS 1与基站BS之间、智能超表面RIS 2与基站BS之间以及智能超表面RIS 1与智能超表面RIS 2之间的信道模型的方法包括：利用莱斯衰落信道建立智能超表面RIS 1与基站BS之间、智能超表面RIS 2与基站BS之间以及智能超表面RIS 1与智能超表面RIS 2之间的信道模型；将用户群体A与基站BS之间的信道模型表示为：h
1,i
＝G1Φ1u
1,i
将用户群体B与基站BS之间的信道模型表示为：h
2,j
＝G2Φ2u
2,j
+G1Φ1DΦ2u
2,j
公式中，h
1,i
表示为用户群体A与基站BS之间的信道模型，h
2,j
为用户群体B与基站BS之间的信道模型，表示基站BS与智能超表面RIS 1之间的信道，表示为复数向量；表示基站BS与智能超表面RIS 2之间的信道，M1表示为智能超表面RIS 1中可重构单元数目，M2表示为智能超表面RIS 2中可重构单元数目；表示智能超表面RIS1与个体用户u[1,i]之间的信道，个体用户u[1,i]表示用户群体A中第i号个体用户，表示智能超表面RIS 2与用户u[2,j]之间的信道，个体用户u[2,j]表示用户群体B中第j号个体用户；表示智能超表面RIS 1与智能超表面RIS 2之间的信道；表示智能超表面RIS 1的相移矩阵，
表示智能超表面RIS 2的相移矩阵；φ
2,1
至表示为智能超表面RIS 2中可重构单元的相位；φ
1,1
至表示为智能超表面RIS 1中可重构单元的相位；j表示为虚数；θ
ρ,m
表示为智能超表面RIS中第m个可重构单元的幅度系数，ρ∈{1,2}，m∈{1,
…
,M
ρ
}；将每个可重构单元的幅度系数均设置为一个最大值，即θ
ρ,m
＝1；将每个可重构单元的相位均匀量化为一组离散值，记为ω表示为相位分辨率。3.根据权利要求2所述的一种双RIS协作辅助的NOMA系统上行传输方法，其特征在于，构建基站BS接收端的总接收信号数学模型y，表达公式为：其中，P
1,k
和S
1,k
分别为用户个体u[1,k]的发射功率和归一化的发射信号；P
2,k
和S
2,k
分别为用户个体u[2,k]的发射功率和归一化的发射信号；为服从均值为0，方差为σ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鸿，马昊淳，富燊，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：