IRS辅助DF-CRAN的OFDMA的下行传输方法技术

本发明专利技术公开了一种IRS辅助DF

【技术实现步骤摘要】
IRS辅助DF
‑
CRAN的OFDMA的下行传输方法


[0001]本专利技术涉及无线通信领域，尤其涉及一种智能反射面辅助译码转发云接入网下行接入链路OFDMA的通信系统，提出了一种以提升下行和速率来增强通信质量的方法。

技术介绍

[0002]面对新的移动通信应用在数据速率、网络容量以及能效等方面日益增长的需求，传统网络架构的无线通信系统已不足以应对以上挑战。
[0003]智能反射面技术是6G通信系统的前景技术之一。智能反射面本质上是一种由大量独立可控的无源电磁反射元件集成的无源阵列，通过软件编程的方式调节每个反射元件的反射相位和幅度。智能反射面相比于传统的中继，能够更有效地提升无线网络的性能。云接入网(C
‑
RAN)是一种新型的无线网络架构，可以显著提高通信网络的能效和频谱利用率。C
‑
RAN将传统基站的基带处理功能移至BBU池，RRH部署在靠近移动用户的位置，BBU池通过多个单天线RRH向多个单天线用户进行通信。正交频分多址技术(OFDMA)是一种被广泛应用的多址技术，可以通过多个正交子载波同时传输信号，能够有效缓解小区间干扰并提升系统的频谱利用率。通过智能反射面辅助译码转发云接入网下行接入链路OFDMA的通信，RRH通过有线前传链路接收BBU池发送的信号，并将各个用户的信号通过各子载波进行译码转发，用户接收来自RRH直连链路的信号和IRS反射的信号，与无智能反射面辅助的云接入网通信相比更有优势。
[0004]智能反射面辅助译码转发云接入网下行接入链路OFDMA的通信系统，其性能可以通过对RRH的发射波束成形矩阵、反射面的相移矩阵、子载波与用户的匹配关系进行联合优化来进一步提升。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种针对智能反射面辅助译码转发云接入网下行接入链路OFDMA的通信系统，优化RRH的发射波束成形矩阵、反射面的相移矩阵以及子载波与用户的匹配关系来提升系统下行和速率方法。即通过对RRH的发射波束成形矩阵、反射面的相移矩阵以及子载波与用户的匹配关系进行联合优化，以达到最大化整个系统下行和速率的目的。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种IRS辅助DF
‑
CRAN的OFDMA的下行传输方法即一种智能反射面辅助译码转发云接入网的OFDMA的下行传输方法，系统采用智能反射面辅助译码转发云接入网下行接入链路OFDMA的通信系统，以最大化系统下行和速率为目的，对RRH的发射波束成形矩阵、反射面的相移矩阵以及子载波与用户的匹配关系进行联合优化，具体包括如下步骤：
[0007]1.1)智能反射面辅助译码转发云接入网下行接入链路OFDMA的通信系统中，BBU池通过L个单天线RRH与K个单天线用户进行通信，其中BBU池通过有线前传链路将基带信号发送给RRH，RRH在智能反射面IRS的辅助下，对收到的信号进行译码转发并采用OFDMA的方式
与用户进行通信，IRS的反射单元数为M，信道的总带宽为B Hz，且被均分为N个正交子载波；
[0008]1.2)在前传链路，BBU池首先将子载波n(SC n)的下行链路消息编码为基带信号然后通过有线前传链路向RRH l转发基带信号向量s和波束成形矩阵w
l
，s＝[s1；
…
；s
N
]，w
l,n
是RRH l关于SC n的波束成形系数，RRH l发射的信号为x
l
＝w
l
s，x
l
＝[x
l,1
；...；x
l,N
]，x
l,n
＝w
l,n
s
n
；在接入链路，假设SC n分配给用户k(UE k)，那么UE k从SC n上接收到的信号为：
[0009][0010]其中，为全1向量，为全1向量，为SC n关于RRH l到UE k的信道频率响应，是N
×
N的离散傅里叶变换矩阵F
N
的第n行，为RRH l到UE k的时域信道的零填充信道，是延迟抽头数；为所有子载波关于第m个反射原件的反射信道，表示RRH l到第m个元件的信道，表示第m个元件到UE k的信道，和都是延迟抽头数；是第m个元件的反射系数，θ
m
∈[0,2π)；是信道的加性高斯白噪声。
[0011]智能反射面辅助译码转发云接入网下行接入链路OFDMA的通信系统中，RRH的发射波束成形矩阵w、辅助接入链路的IRS相移矩阵φ以及子载波与用户的匹配关系矩阵V，对其优化使系统和速率最大，具体步骤如下：
[0012]2.1)对于步骤1.1)
‑
1.2)描述的智能反射面辅助译码转发云接入网下行接入链路OFDMA的通信系统：
[0013]2.1.1)UE k在SC n上的可达速率r
k,n
：
[0014][0015]所有SC的和速率表示为：
[0016][0017]其中，v
k,n
用来表示SC n是否分配给UE k：
[0018][0019]定义矩阵为子载波与用户的匹配关系矩阵，向量且一个SC只能为一个用户提供服务，即1
T
V
n
≤1，为全1向量；
[0020]2.1.2)前传链路上SC n的译码速率应与UE k处SC n上的速率r
k,n
一致，因此RRH l的前传链路上关于所有SC的译码速率为：
[0021][0022]为RRH l的前传链路容量；
[0023]2.2)以下行和速率最大化为目标，上述系统参数的优化问题可表示为：
[0024]P1
[0025]s.t.
[0026][0027][0028][0029][0030][0031](1a)代表每个RRH的发射功率约束，的第1+N(l
‑
1)列到Nl列为N维单位矩阵，其余元素为0，(1b)表示每个RRH前传链路的速率约束，(1c)和(1d)是子载波的用户分配个数约束，即每个子载波只能分配给一个用户，(1e)表示每个RRH分配给每个子载波的功率最小为0，(1f)是IRS辅助接入链路的无源波束成形矩阵的单位模1约束；
[0032]2.3)对问题(P1)进行转化后再求解；
[0033]2.3.1)利用均方误差(MSE)的方法将(P1)的目标函数转化为：
[0034][0035]a
k,n
为引入的辅助变量，u
k,n
是在用户k处从y
k,n
中估计s
n
的线性估计器，即预测得到的信号为其中y
k,n
为用户k在SC n接收到的信号，s
n
为SC n的下行链路消息被BBU编码后得到的基带信号，1是s
n
的维度，是均方误差：
[0036][0037]上式中，...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IRS辅助DF
‑
CRAN的OFDMA的下行传输方法，其特征在于：对于有线前传的云接入网，智能反射面辅助其下行接入链路的OFDMA通信，以提升系统和速率为目的，对RRH的发射波束成形矩阵、IRS的相移矩阵和子载波与用户的匹配关系进行优化，具体包括如下步骤：1.1)智能反射面辅助译码转发云接入网下行接入链路OFDMA的通信系统中，BBU池通过L个单天线RRH与K个单天线用户进行通信，其中BBU池通过有线前传链路将基带信号发送给RRH，RRH在智能反射面IRS的辅助下，对收到的信号进行译码转发并采用OFDMA的方式与用户进行通信，IRS的反射单元数为M，信道的总带宽为B Hz，且被均分为N个正交子载波；1.2)在前传链路，BBU池首先将子载波n(SC n)的下行链路消息编码为基带信号然后通过有线前传链路向RRH l转发基带信号向量s和波束成形矩阵w
l
，s＝[s1；
…
；s
N
]，w
l,n
是RRH l关于SC n的波束成形系数，RRH l发射的信号为x
l
＝w
l
s，x
l
＝[x
l,1
；...；x
l,N
]，x
l,n
＝w
l,n
s
n
；在接入链路，假设SC n分配给用户k(UE k)，那么UE k从SC n上接收到的信号为：其中，为全1向量，为全1向量，为SC n关于RRH l到UE k的信道频率响应，是N
×
N的离散傅里叶变换矩阵F
N
的第n行，为RRH l到UE k的时域信道的零填充信道，是延迟抽头数；为所有子载波关于第m个反射原件的反射信道，表示RRH l到第m个元件的信道，表示第m个元件到UE k的信道，和都是延迟抽头数；是第m个元件的反射系数，θ
m
∈[0,2π)；是信道的加性高斯白噪声。2.根据权利要求1所述的一种IRS辅助DF
‑
CRAN的OFDMA的下行传输方法，其特征在于，智能反射面辅助译码转发云接入网下行接入链路OFDMA的通信系统中，RRH的发射波束成形矩阵w、辅助接入链路的IRS相移矩阵φ以及子载波与用户的匹配关系矩阵V，对其优化使系统和速率最大，具体步骤如下：2.1)对于步骤1.1)
‑
1.2)描述的智能反射面辅助译码转发云接入网下行接入链路OFDMA的通信系统：2.1.1)UE k在SC n上的可达速率r
k,n
：
所有SC的和速率表示为：其中，v
k,n
用来表示SC n是否分配给UE k：定义矩阵为子载波与用户的匹配关系矩阵，向量且一个SC只能为一个用户提供服务，即1
T
V
n
≤1，为全1向量；2.1.2)前传链路上SC n的译码速率应与UE k处SC n上的速率r
k,n
一致，因此RRH l的前传链路上关于所有SC的译码速率为：l的前传链路上关于所有SC的译码速率为：为RRH l的前传链路容量；2.2)以下行和速率最大化为目标，上述系统参数的优化问题可表示为：2.2)以下行和速率最大化为目标，上述系统参数的优化问题可表示为：2.2)以下行和速率最大化为目标，上述系统参数的优化问题可表示为：2.2)以下行和速率最大化为目标，上述系统参数的优化问题可表示为：2.2)以下行和速率最大化为目标，上述系统参数的优化问题可表示为：2.2)以下行和速率最大化为目标，上述系统参数的优化问题可表示为：2.2)以下行和速率最大化为目标，上述系统参数的优化问题可表示为：(1a)代表每个RRH的发射功率约束，的第1+N(l
‑
1)列到Nl列为N维单位矩阵，其余元素为0，(1b)表示每个RRH前传链路的速率约束，(1c)和(1d)是子载波的用户分配个数约束，即每个子载波只能分配给一个用户，(1e)表示每个RRH分配给每个子载波的功率最小为0，(1f)是IRS辅助接入链路的无源波束成形矩阵的单位模1约束；2.3)对问题(P1)进行转化后再求解；2.3.1)利用均方误差(MSE)的方法将(P1)的目标函数转化为：
a
k,n
为引入的辅助变量，u
k,n
是在用户k处从y
k,n
中估计s
n
的线性估计器，即预测得到的信号为其中y
k,n
为用户k在SC n接收到的信号，s
n
为SC n的下行链路消息被BBU编码后得到的基带信号，1是s
n
的维度，是均方误差：上式中，当a
k,n
满足下式时，R
tota...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昱，段华东，彭宏，冯运琪，宋秀兰，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：