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专利号: 2021101572417
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于SCA的IRS‑NOMA系统低复杂度波束赋形方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:

S1:给所有用户都分配一个波束,通过功率的大小来区分不同用户;

S2:建立系统模型和QoS问题模型;

S3:利用交替优化的思想,在发射单元较多以及低目标速率情况下,迭代求解波束赋形矢量和相移矩阵。

2.根据权利要求1所述的基于SCA的IRS‑NOMA系统低复杂度波束赋形方法,其特征在于:所述系统模型为:

考虑一个下行IRS‑NOMA系统,其中,基站具有Nt根发射天线,IRS具有N个反射单元,共有M个单天线用户;假设所有用户被分为K簇,且K≤Nt,第k簇用户数为Mk,簇内采用NOMA复用,簇间则通过MIMO进行复用,令 为所有簇的集合, 为所有用户的集合,为第k簇所有用户的集合,且有 j≠k, 以及为了消除簇内外用户间干扰,对所有用户的发送符号进行波束赋形,BS发送信号表示为

其中sk,i和 分别为第k簇第i个用户Uk,i的发送信号和波束赋形矢量,并且假设信号sk,i具有零均值和单位方差;此时,用户Uk,i的接收信号表示为N×1

其中 rki∈C 和 分别表示BS到Uk,i、IRS到Uk,i以及BS到IRS之间的信道; 表示IRS的相移对角矩阵,而且满足为加性高斯白噪声;

使用 作为用户分簇的依据,采取使同簇用户间信道增益尽量大的方案进行用户分簇,将所有用户的最大信道增益从小到大排序,有η1≤η2≤…≤ηM,逐个把用户1,…,M归入第1,…,K簇,重复此过程,并且不对已经满的簇继续添加用户,直到所有用户全部分组完毕;对于第k簇任意两用户Uk,i和Uk ,j ,满足当i<j时,设Ωk(i)表示Uk,i的解码顺序,有Ωk(i)=i,用户Ωk(i)是第k簇要解码的第i个信号;在利用SIC技术消除强用户的干扰后,在用户Uk,l处解码用户Uk,m信号的信干噪比为用户Uk,m的可达传输速率为

其中, 为用户Uk,m的目标传输速率;根据M个用户的目标传输速率约束,通过联合优化基站的发射波束形成矢量wj,i和IRS的反射系数矩阵Θ,使基站的总发射功率最小。

3.根据权利要求2所述的基于SCA的IRS‑NOMA系统低复杂度波束赋形方法,其特征在于:所述QoS问题模型为:

其中, 表示满足用户Uk,m目标速率下的最小信干噪比。

4.根据权利要求3所述的基于SCA的IRS‑NOMA系统低复杂度波束赋形方法,其特征在于:所述S3具体为:

首先,对于给定的相移矩阵,波束赋形优化问题表示为其中, 表示BS到用户之间的合并信道;

在利用一阶泰勒近似后,等价如下问题其中, 是上一次迭代子问题的最优解;在解得波束赋形矢量后,通过固定波束赋形来优化反射系数矩阵,引入辅助变量 反射系数矩阵优化问题如(14)所示;

t t t t t+1 t t对于第t次迭代,原问题(6)的最优值p(w ,Θ)一定满足p(w ,Θ)≥p(w ,Θ)=p(w+1 t+1

,Θ ),算法总是迭代下降的;引入辅助变量 的目的是收紧问题中的QoS约束,以此加快算法的收敛速度;对于子问题(14)中的非凸部分进一步写为有 在问题(22)中,是上一次迭代子问题的最优解;问题(20)和(22)都是凸的QCQP问题,使用基于内点法的通用凸优化工具求解;问题(22)将 的等式约束进行松弛处理,需要对求得的相移矩阵进行归一化;

SCA算法的复杂度为

5.根据权利要求2所述的基于SCA的IRS‑NOMA系统低复杂度波束赋形方法,其特征在于:所述解码用户Uk,m为每簇最强用户时,自身信号的信干噪比为