【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及混合信道通信领域，特别涉及一种基于rsma的近远场混合通信方法。
技术介绍
1、为了满足无线通信量的指数级增长和对更高数据速率的不断升级的需求，为未来的无线通信系统制定创新的解决方案已经成为人们关注的焦点，而在众多潜在技术中，rsma因为性能优异脱颖而出。rsma通过在发送端使用线性预编码速率分割来操作，巧妙地将每个用户消息分成公共消息和私有消息。然后将这些通用消息合并并编码为针对预期用户定制的通用流。在接收端，采用连续干扰消除或其他形式的联合解码，对预期的公共流和专用流进行顺序解码，从而有效地管理干扰。与sdma和noma相比，该方法使rsma具有更高的通用性和鲁棒性，前者仅将剩余干扰作为噪声处理，后者完全解码干扰。因此，rsma成为了一股统一的力量，在频谱和能效方面超过了sdma和noma。与此同时，近场波束成形最近引起了相当大的关注，近场波束成形能够完全区分位于不同位置的用户。在传统的远场波束成形中，采用简化的波束成形矢量来模拟用户的信道矢量。因此，与基站处于不同距离但角度相同的用户被分配相同的波束成形矢量，这给用户识别带来了挑战。与之形成鲜明对比的是，近场波束成形利用复杂的球面波传播模型来确保用户之间的有效区分。
2、但在近场范围内，信道正交性较强。如果使用rsma进行近场通信，rsma的功率分配和近场波束成形会增加系统的复杂度。在这种情况下，sdma可以满足通信需求。用于近场通信的sdma通过在同一频率上与多个用户同时通信，在空间中定向发送和接收信号，实现空间复用。这种空间复用可以显著提高频谱
技术实现思路
1、为解决现有近远场混合信道通信领域存在的问题，本专利技术研究了一种基于rsma的通信系统，其中用户分别位于近场和远场范围内，且远场用户角度相似以构成通信环境恶劣条件，通过rsma和sdma的联合优化，提高通信系统的速率性能。
2、本专利技术采用的具体技术方案如下：
3、一种基于rsma的近远场混合信道通信方法，包括如下步骤：
4、构建基于rsma的近远场混合信道通信系统模型；
5、基于近远场混合信道通信系统模型得出近场用户通信传输速率、远场用户公共流传输速率和私有流传输速率；
6、基于得出的传输速率，建立最小速率最大化问题；
7、提出sca算法，引入辅助变量将最小速率最大化问题进行凸优化，并对约束条件使用一阶泰勒展开将问题简化并求解。
8、进一步地，基于rsma的近远场混合信道通信系统模型，包括：近场环境和远场环境，其中，近场环境中，基站利用数字波束成形向m个近场用户传输信号，此时发射信号为其中am为第m个用户的规范化数据符号，w＝[w1,w2,…,wm]是a的预编码向量；远场环境中，基站利用rsma技术向k个远场用户进行传输，此时发射信号为其中p＝[pc,p1,p2,…,pk]是s的预编码向量，pc是公共流的预编码器，pk是私有流的预编码器；近远场混合环境中，在无线网络下行链路上为若干单天线用户提供服务的全数字阵列基站，配备了一个n个天线单元的均匀线性阵列。
9、进一步地，当发射器和接收器之间的距离超过阈值df时，传输被认为发生在远场，其中，阈值df的具体公式为df＝2d2/λc，其中d表示天线直径，λc表示波长；当距离小于df但大于阈值dn时，传输被认为发生在近场，其中，阈值dn的具体公式为在下行链路多用户mimo系统中，基站天线间距为d＝λc/2，天线阵列平行于y轴，第n个bs天线的坐标为(0，(n-1)d)，同时，将信道模型中的信道增益近似为天线阵列上的常数，记为g；位于(x，y)的单天线用户极坐标具体公式为：
10、进一步地，基于rsma的近远场混合信道通信系统模型中，定义为预编码向量，平均发射和功率约束表示为其中，pc＝||pc,k||2,pk＝||pk||2和wm＝||wm||2分别表示分配给公共流、私有流和近场波束的功率，pt为约束值；基于sdma和rsma联合对信道进行优化，其中，优化的信道函数，包括近场部分和远场部分，
11、其中，近场部分信道函数具体公式为：
12、
13、其中，
14、
15、远场部分信道函数具体公式为：
16、
17、其中，
18、进一步地，基于rsma的近远场混合信道通信系统模型中，基于优化的信道函数，得出近场用户接收到的信号和远场用户接收到的信号，
19、其中，近场用户接收到的信号具体公式为：
20、
21、其中，nm～cn(0,1)，为加性高斯白噪声；
22、远场用户接收到的信号具体公式为：
23、
24、其中，nk～cn(0,1)，为加性高斯白噪声。
25、进一步地，近场用户通信传输速率的具体公式为：
26、
27、远场用户公共流传输速率的具体公式为：
28、
29、私有流传输速率的具体公式为：
30、
31、并得出公共流的可实现速率速率rc分配给所有用户用于传输公共流sc，即rc等于分配给每个用户的速率的总和，其中ck表示rc中用于传输wc,k的部分。
32、进一步地，建立最小速率最大化问题，具体公式包括：
33、
34、c≥0 (8)
35、其中，c＝[c1,c2,…,ck]。
36、进一步地，sca算法中，引入的辅助变量具体包括：t，αn＝[αn,1,…,αn,m]，α＝[α1,…,αk]，αc＝[αc,1,…,αc,k]，ρn＝[ρn,1,…,ρn,m]，ρ＝[ρ1,…,ρk]和ρc＝[ρc,1,…,ρc,k]，其中，αn表示近场用户通信传输的速率向量，α表示所有远场用户的私有流的速率向量，αc表示所有远场用户的公共流的速率向量，ρn表示近场用户通信传输的sinr向量，ρ表示所有远场用户的私有流的sinr向量，ρc表示所有远场用户的远场公共流的sinr向量；
37、基于引入的辅助变量，对约束条件在点处进行一阶泰勒展开，得到并对信息传输速率在点处进行一阶泰勒展开，将优化问题简化，具体公式为：
38、s.t.φ[n](1,αn,m)≥t
39、φ[n](1,αk)+ck≥t
40、
41、
42、c≥0(9)
43、将简化后的优化问题通过cvx工具包进行求解，直到达到收敛。
44、相比本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于RSMA的近远场混合信道通信方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于RSMA的近远场混合信道通信系统模型中，包括：近场环境和远场环境，其中，近场环境中，基站利用数字波束成形向M个近场用户传输信号，此时发射信号为其中am为第m个用户的规范化数据符号，w＝[w1,w2,…,wm]是a的预编码向量；远场环境中，基站利用RSMA技术向K个远场用户进行传输，此时发射信号为其中P＝[pc,p1,p2,…,pk]是s的预编码向量，pc是公共流的预编码器，pk是私有流的预编码器；近远场混合环境中，在无线网络下行链路上为若干单天线用户提供服务的全数字阵列基站，配备了一个N个天线单元的均匀线性阵列。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当发射器和接收器之间的距离超过阈值dF时，传输被认为发生在远场，其中，阈值dF的具体公式为dF＝2D2/λc，其中D表示天线直径，λc表示波长；当距离小于dF但大于阈值dN时，传输被认为发生在近场，其中，阈值dN的具体公式为在下行链路多用户系统中，基站天线间距为d＝λc/2，天线阵列平行
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于RSMA的近远场混合信道通信系统模型中，定义为预编码向量，平均发射和功率约束表示为其中，Pc＝||pc,k||2,Pk＝||pk||2和Wm＝||wm||2分别表示分配给公共流、私有流和近场波束的功率，Pt为约束值；基于SDMA和RSMA联合对信道进行优化，其中，优化的信道函数，包括近场部分和远场部分，
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于RSMA的近远场混合信道通信系统模型中，基于优化的信道函数，得出近场用户接收到的信号和远场用户接收到的信号，
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，近场用户通信传输速率的具体公式为：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，建立最小速率最大化问题，具体公式包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，SCA算法中，引入的辅助变量具体包括：t，an＝[an,1,…,an,M]，α＝[α1,…,αK]，αc＝[αc,1,…,ac,K]，ρn＝[ρn,1,…,ρn,M]，ρ＝[ρ1,…,ρK]和ρc＝[ρc,1,…,ρc,K]，其中，αn表示近场用户通信传输的速率向量，α表示所有远场用户的私有流的速率向量，αc表示所有远场用户的公共流的速率向量，ρn表示近场用户通信传输的SINR向量，ρ表示所有远场用户的私有流的SINR向量，ρc表示所有远场用户的远场公共流的SINR向量；
...【技术特征摘要】
1.一种基于rsma的近远场混合信道通信方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于rsma的近远场混合信道通信系统模型中，包括：近场环境和远场环境，其中，近场环境中，基站利用数字波束成形向m个近场用户传输信号，此时发射信号为其中am为第m个用户的规范化数据符号，w＝[w1,w2,…,wm]是a的预编码向量；远场环境中，基站利用rsma技术向k个远场用户进行传输，此时发射信号为其中p＝[pc,p1,p2,…,pk]是s的预编码向量，pc是公共流的预编码器，pk是私有流的预编码器；近远场混合环境中，在无线网络下行链路上为若干单天线用户提供服务的全数字阵列基站，配备了一个n个天线单元的均匀线性阵列。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当发射器和接收器之间的距离超过阈值df时，传输被认为发生在远场，其中，阈值df的具体公式为df＝2d2/λc，其中d表示天线直径，λc表示波长；当距离小于df但大于阈值dn时，传输被认为发生在近场，其中，阈值dn的具体公式为在下行链路多用户系统中，基站天线间距为d＝λc/2，天线阵列平行于y轴，第n个bs天线的坐标为(0，(n-1)d)，同时，将信道模型中的信道增益近似为天线阵列上的常数，记为g；位于(x，y)的单天线用户极坐标具体公式为：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征...
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