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专利号: 202110085028X
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种智能反射面辅助的SM‑NOMA系统资源分配方法,其特征在于:包括:对于智能反射面辅助的SM‑NOMA系统,考虑每个用户的有效信道增益进行动态用户分组;根据基站与用户的最大发射功率约束、智能反射单元的入射信号相移约束,建立以最大化系统和速率为目标的功率分配模型。

2.根据权利要求1所述的智能反射面辅助的SM‑NOMA系统资源分配方法,其特征在于:所述智能反射面辅助的SM‑NOMA系统包括基站发射端、智能反射面以及用户接收端;其中:所述用户接收端包括:W个用户被平分到T个组,每个组有K个用户,信道状态信息是已知的;每个组中的用户 为组的序号,i∈{1,2,…,K}为组内用户的序号;

在基站发射端配备Nt根发射天线,接收端有Nr根接收天线;在基站发射端通过空间调制,选择出一根发射天线,在同一时间、同一频率内发送一个叠加信号,通过智能反射面IRS反射,到达用户接收端;

所述IRS由N个无源反射单元组成,每个单元通过反射,改变入射信号的相移,从而辅助NOMA传输。

3.根据权利要求2所述的智能反射面辅助的SM‑NOMA系统资源分配方法,其特征在于:在基站发射端,将每个时隙发送的比特流分为两块,共是log2(Nt)+log2(M)比特;其中,log2(M)比特用于在信号星座图中确定对应的发送符号,其中M代表调制阶数;log2(Nt)个比特用于在空间星座图中确定发射天线的序号;发送信号的总功率为P,每个数据流所占用的功率为 其中, 是用户 功率分配因子,发送的叠加信号为:用户 的数据流 为:

其中, 表示用户 选择的天线序号, 表示调制后的发送符号。

4.根据权利要求3所述的智能反射面辅助的SM‑NOMA系统资源分配方法,其特征在于:基于所述智能反射面辅助的SM‑NOMA系统,把信道分为两部分,一部分是基站到用户的直射信道,另外一部分是基站‑智能反射面‑用户的反射信道;基站到用户i之间服从独立同分布的瑞利衰落信道,即 基站‑智能反射面的信道为莱斯信道,信道向量为其中N为智能反射面的个数,则:其中,η1是信道f的瑞利衰落系数, 和 分别是直视路径和非直视路径;中的每个元素是独立的,且服从均值为0,方差为1的分布;

用对角阵表示智能反射面的相移矩阵Θ,即 其中θn∈[0,2π];智能反射面到用户 的信道为 用户 的信道描述为:信道增益顺序为: 和 分别代表用户1、用户2、用户3和用户K的瑞利信道,其中 用户 接收到的信号为:

2

其中 是用户 的接收信号,n0是加性高斯白噪声,服从均值为0,方差为σ的复高斯分布,ji表示用户 的发射信号经过空间调制选择的第j根天线, 表示用户 和第j根发射天线之间的信道。

5.根据权利要求1所述的智能反射面辅助的SM‑NOMA系统资源分配方法,其特征在于:所述动态用户分组包括以下步骤:用户预分配:有W个备选用户,根据基站与每个用户之间的距离,将用户集分为3类:近用户、中心用户和远用户;

用户降序排序:每个初始集的备选用户,根据有效信道增益,将用户降序排序;

用户选择:从相应的初始集中选择有效信道增益相差最大的用户分为一组,直到所有的用户完成分组为止,返回所有的分组情况;待反射面优化结束后,再将其进行一次迭代;

用户分组时参考的信道增益为:IRS优化之前的信道,即 首先在IRS‑SM‑NOMA中只选择一根发射天线,考虑第i个用户的有效直射信道增益,即

6.根据权利要求1所述的智能反射面辅助的SM‑NOMA系统资源分配方法,其特征在于:所述以最大化系统和速率为目标的功率分配模型包括:每组有K个用户,用户 解码自身信号时,将来自其他弱用户的信号看成干扰,用户的信干噪比SINR表达为:用户 相应的速率为:

根据公式(11),采取使SINR最大化的优化方案,即通过联合优化用户的功率分配系数和IRS的相移Θ,使用户和速率达到最大:s.t.C1:

C2:

C3:

C4:

最优的最大化‑最小的SINR为Q,其中Q是一个松弛变量,即则该优化问题转述为:

s.t.C1:

C2:

C3:

C4:

在给定信噪比的情况下,先假定功率具有确定值来优化Θ,以达到信道增益最大的目的;之后,再根据组内用户个数进行功率分配,确定β,把(P1)分成两个优化问题,使用户的和速率达到最大,即相移优化子问题和功率分配优化子问题。

7.根据权利要求6所述的智能反射面辅助的SM‑NOMA系统资源分配方法,其特征在于:所述相移优化子问题包括:

对于用户 给定一个固定的功率分配系数,然后把(P2)拆成两部分,先通过优化智能反射面相位使信道增益达到最大,通过以下问题开始求解:H

令I=[l1,…,lN] , 且 进一步令 则得到 所以(P3)的优化问题等价于:(P3)是一个非凸的二次约束的问题,通过引入辅助变量t,将(P3)重新表述为一个非凸的齐次问题,(P4)转化等价的写成:其中, 由于 当L满足L≥0和时,定义 第一约束是非凸的,利用半定松弛SDR方法来松弛这个约束,问题(P5)简化为:

(P6)是非凸的,把L的秩降为1来处理,通过采用半定松弛技术和高斯随机化方案:H

(1)将L做特征值分解,L=UΣU ,其中U是酉矩阵,Σ是对角阵,它们的维度都是(N+1)×(N+1);

(2) 得到随机向量 其中r是一个随机变量,r~CN(0,

1);

(3)得到 其中[X](1:N)表示取向量[X]中的前N个元素;得到一个优化后的反射面;通过产生足够多的随机变量r,利用SDR方法,优化出一个(P3)的逼近值。

8.根据权利要求6所述的智能反射面辅助的SM‑NOMA系统资源分配方法,其特征在于:在所述功率分配优化子问题中,对于两个用户的功率分配,信道模型为瑞利信道其中di是基站和用户 之间的距离,路径损耗用α表示; 是瑞利衰落系数,2

所有用户的噪声功率为σ;

对于两用户的SM‑NOMA系统,发送符号是传统的APM符号,在发送端经过空间调制选择一根天线,则两用户的可达速率表示为Rsum=R1+R2:双用户的功率分配优化问题转化为:F(β1,β2)为两用户的SINR,且β1+β2=1,即:对F(β1,β2)里面的β1求偏导,然后令一阶导数等于0,如下所示:其中,

2 2

以及c=σ,q=cb2‑cb1,p=cb1+c ;

得到

*

远用户的功率分配系数为 近用户的功率分配系数为(1‑β)。