[發明專利]基于SDR的IRS-NOMA系統波束賦形優化方法

有效

• 申請號: 202110159265.6
• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN112929068B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 李國權;張輝;李國軍;徐勇軍;林金朝;龐宇
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發明涉及一種基于SDR的IRS?NOMA系統波束賦形優化方法，屬于數據處理領域。該方法包括以下步驟：S1：給所有用戶都分配一個波束，通過功率的大小來區分不同用戶；S2：建立系統模型和QoS問題模型；S3：利用交替優化的思想，迭代求解波束賦形矢量和相移矩陣。本發明研究了智能反射面輔助的NOMA下行鏈路波束賦形算法。相較于傳統的NOMA系統，本發明所提模型對信道條件的要求更加寬松，且適用于更普遍的用戶不均勻分簇場景。為了提高IRS?NOMA網絡的能量效率，本發明提出了基于SDR的聯合優化算法以使發射功率最小化。仿真結果表明，所提SDR算法在目標速率要求較高時具有顯著優勢。

技術領域

本發明屬于數據處理領域，涉及IRS輔助的NOMA系統波束賦形聯合優化方法。

背景技術

非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)是下一代無線通信系統提高頻譜利用率、平衡用戶公平性、擴大網絡連接的關鍵技術^[1][2]。NOMA在發射機和接收機上分別應用疊加編碼(superposition coding,SC)和連續干擾消除(successiveinterference cancelation,SIC)，通過功率域復用來共享所有用戶之間的通信資源，是對傳統正交多址技術(orthogonal multiple access,OMA)的重要擴展。NOMA系統根據用戶的優先級分配發送功率，優先級越高的用戶分配的功率越大，因此具有更好的公平性，即使對于信道增益較弱的用戶也是如此。

由于在同一時頻資源塊內傳輸的多個用戶的疊加信號會導致用戶間的干擾，文獻[3]提出一種結合用戶集選擇的功率控制算法，最大化上行NOMA系統的總容量。為了進一步提高頻譜利用率，文獻[4]提出了一種多層波束成形算法以增大用戶信道增益的差異，并以動態的方式進行波束內功率分配。文獻[5]研究了非完美信道狀態信息下NOMA系統的波束賦形，首先通過正則化迫零預編碼來減少簇間干擾，然后在保證用戶公平性的前提下提出一種最優功率分配方案，使系統吞吐量最大化。文獻[6]通過使用遠離主基站的次基站來輔助小區邊緣用戶，提出了一種基于干擾對準的協調波束形成算法，以最大化每個網路的總和速率。

然而，由于NOMA系統的性能取決于信道的相關性與信道增益的差異性，但是傳統上的信道是由傳播環境決定的，因而具有高度隨機性并且無法調整。得益于超材料和微機電系統的最新進展^[7]，智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)技術可以通過調節IRS元件的相移和振幅來控制信道條件，因此，IRS在提高通信系統的覆蓋率、吞吐量和能量效率方面具有顯著的潛力^[8][9]。IRS是由多個低成本反射元件組成的平面陣列，每個元件都可以通過被動波束成形控制入射信號以改善鏈路質量，獲得更高的接收可靠性。因此，IRS與NOMA的結合可以進一步提升系統的頻譜和能量效率，并且，在IRS輔助的NOMA(IRS-NOMA)系統中，即使原始信道未對齊，也可以使用單個空間方向為多個用戶服務，從而有利于NOMA的實現。