有源制造技术

本发明专利技术公开了一种有源

【技术实现步骤摘要】
有源RIS辅助短包通信最大化吞吐量的方法


[0001]本专利技术属于移动通信领域，尤其涉及一种有源
RIS
辅助短包通信最大化吞吐量的方法
。

技术介绍

[0002]对于工厂自动化等典型工业场景，要求最大传输时延控制在
1ms
以内，数据包错误概率控制在
10
‑6～
10
‑9之间
。
超可靠低延迟通信
(Ultra
‑
Reliable Low
‑
Latency Communications
，
URLLC)
消息通常携带控制信息，数据包的长度较短，可以满足严格的端到端延迟和网络的可靠性，可以为工业物联网应用提供可靠的支持
。
然而，利用短包传输时，由于数据包特别小，系统的译码错误概率不能忽略，因此不满足大数定律，经典的香农信息理论结果不再适用
。
由于工厂设备部署密集等原因，工厂的无线传播环境比家庭和办公环境复杂得多，无线信号更容易受到阻塞，会降低可靠性
。
[0003]智能反射表面
(Reconfigurable Intelligent Surfaces
，
RIS)
以其能够灵活地调整无线通信环境已成为工业物联网系统中众多应用的重要传输技术
。
然而，发射器
‑
RIS
‑
接收器反射链路的等效路径损耗是发射器
‑
>RIS
和
RIS
‑
接收器链路路径损耗的乘积，因此它比无阻碍直接链路的等效路径损耗大几千倍，由于这种“乘法衰落”效应，现有的无源
RIS
在具有直接链路的场景中只能实现有限的容量增益
。

技术实现思路

[0004]专利技术人发现，有源
RIS
可以有效克服传统无源
RIS
带来的“乘法衰落”效应，在传统的无源
RIS
反射单元上集成放大器，通过牺牲额外功耗来放大反射信号，从而带来更加显著的容量增益，因此有源
RIS
在提高无线通信性能方面具有显著优势
。
[0005]大规模多输入多输出
(Massive Multiple Input Multiple Output,Massive MIMO)
技术能够充分利用其大型天线阵列进行空间复用，提高了系统的吞吐量
、
频谱效率和能源效率
。
将其应用到短包通信系统中，能有效提高接收端的信号强度
。
[0006]对于给定有源
RIS
消耗功率的情况下，反射单元数越多，分配给有源
RIS
放大的功率越少，在传输过程中，有源
RIS
在放大信号的同时会不可避免的放大噪声，因此需要重新考虑有源
RIS
对短包通信系统的影响
。
[0007]为了研究了有源
RIS
辅助短包通信系统的吞吐量最大化问题，本专利技术公开了一种对有源
RIS
辅助短包通信最大化吞吐量的方法
。
[0008]本专利技术实施例提供了如下技术方案：
[0009]一种对有源
RIS
辅助短包通信最大化吞吐量的方法问题分析方法，所述方法包括：
[0010]有源
RIS
辅助短包通信最大化吞吐量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0011]步骤
A
，构建有源
RIS
辅助大规模
MIMO
系统，利用混合伽马分布和矩母函数获得以信噪比为变量的函数的期望表达式；
[0012]步骤
B
，基于以信噪比为变量的函数的期望表达式，计算平均解码错误概率表达
式，在此基础上确定了平均吞吐量的表达式；
[0013]步骤
C
，基于平均吞吐量闭合表达式，计算有利于实际部署的最优天线数量和有源
RIS
反射元数量
[0014]步骤
D
，联合优化块长度和有源
RIS
反射系数，利用基于动量
CSSCA
实现平均吞吐量最大化
。
[0015]其中，步骤
A
具体包括：
[0016]A1
，考虑直接信道和级联信道同时存在，利用迫零波束成型有效消除其余用户所造成的干扰，得到信噪比表达式；
[0017]A2
，根据混合信道和放大信道的一阶力矩和二阶力矩，然后进行伽马分布拟合，利用矩母函数进一步得到以
SNR
为的变量的函数的平均值表达式如下，
[0018][0019]其中，为求期望，
SNR
为
γ
k
，
g(
γ
k
)
是以信噪比为变量的函数，
g(0)
为
γ
k
＝0时的函数值，
α1,
β1和
α2,
β2分别为发射信号功率和放大噪声功率的伽马分布的拟合参数，为对
g(
γ
k
)
进行
α1次分部积分得到，
Γ
(
·
)
为伽马函数
。
[0020]其中，步骤
B
具体包括：
[0021]B1
，根据短包通信的传输速率表达式，获得解码错误概率表达式，由于
Q
函数存在很难获，对解码错误表达式进行一个线性近似，根据以
SNR
为变量的函数的期望表达式，获得平均解码错误概率表达式；
[0022]B2
，根据吞吐量定义式，带入平均解码错误概率的表达式进行计算，获得平均吞吐量表达式为：
[0023][0024]其中，
D
为传输数据量，
L
为传输信道块长度
。
[0025]其中，步骤
C
具体包括：
[0026]C1
，根据平均解码错误概率的表达式，可知，随着
SNR
增大，解码错误概率
ε
减小；根据短包通信的传输速率表达式，分析
SNR
与
L
之间的关系
。
随着
SNR
的增大，
L
减小，在可用带宽一定的情况下，有源
RIS
可以有效降低传输时间；
[0027]C2
，根据平均吞吐量表达式进行渐近分析，可知，在任意给定传输速率时，平均吞吐量是块长的单调递增函数
。
这表明利用更大的块长度有益于提高吞吐量；
[0028]C3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
有源
RIS
辅助短包通信最大化吞吐量的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤
A
，构建有源
RIS
辅助大规模
MIMO
系统，利用所述混合伽马分布和矩母函数获得以信噪比
SNR
为变量的函数的期望表达式；步骤
B
，基于以信噪比为变量的函数的期望表达式，计算平均解码错误概率表达式，在此基础上确定了平均吞吐量的表达式；步骤
C
，基于平均吞吐量闭合表达式，计算有利于实际部署的最优天线数量和有源
RIS
反射元数量；步骤
D
，联合优化块长度和有源
RIS
反射系数，利用基于动量
CSSCA
实现平均吞吐量最大化
。
其中，步骤
A
具体包括：
A1
，考虑直接信道和级联信道同时存在，利用迫零波束成型有效消除其余用户所造成的干扰，得到信噪比表达式；
A2
，根据混合信道和放大信道的一阶力矩和二阶力矩，然后进行伽马分布拟合，利用矩母函数进一步得到以
SNR
为的变量的函数的平均值表达式如下，其中，为求期望，
SNR
为
γ
k
，
g(
γ
k
)
是以信噪比为变量的函数，
g(0)
为
γ
k
＝0时的函数值，
α1,
β1和
α2,
β2分别为发射信号功率和放大噪声功率的伽马分布的拟合参数，为对
g(
γ
k
)
进行
α1次分部积分得到，
Γ
(
·
)
为伽马函数
。
其中，步骤
B
具体包括：
B1
，根据短包通信的传输速率表达式，获得解码错误概率表达式，由于
Q
函数存在很难获，对解码错误表达式进行一个线性近似，根据以
SNR
为变量的函数的期望表达式，获得平均解码错误概率表达式；
B2
，根据吞吐量定义式，带入平均解码错误概率的表达式进行计算，获得平均吞吐量表达式为：其中，
D
为传输数据量，
L
为传输信道块长度，参数
ζ1＝2D/L
‑
1。
其中，步骤
C
具体包括：
C1
，根据平均解码错误概率的表达式，可知，随着
SNR
增大，解码错误概率
ε
减小；根据短包通信的传输速率表达式，分析
SNR
与
L
之间的关系
。
随着
SNR
的增大，
L
减小，在可用带宽一定的情况下，有源
RIS
可以有效降低传输时间；
C2
，根据平均吞吐量表达式进行渐近分析，可知，在任意给定传输速率时，平均吞吐量是块长的单调递增函数
。
这表明利用更大的块...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟，武永珍，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：