[發明專利]一種RIS輔助多載波NOMA傳輸系統參數優化方法

有效

• 申請號: 202110675019.6
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113423112B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發明（設計）人: 陳明;徐蕓
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04L41/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 孫峰

1.一種RIS輔助多載波NOMA傳輸系統參數優化方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟S1、建立能效最大化模型，該能效最大化模型A1表述為：

約束條件：

C1:

C2:

C3:

C4:

C5:

C6:θ_m∈[0,2π),m＝1,…,M

公式中，RIS反射單元個數為M，第m個反射單元的相位為θ_m,m＝0,1,…,M，是RIS的反射系數矩陣，diag[·]表示向量對角化；K為用戶個數，表示用戶集合；N為子載波個數，表示子載波集合，規定每個用戶能且僅能被分配給一個子載波；δ_n,k為子載波分配的指示變量，δ_n,k＝1表示將子載波n分配給用戶k，δ_n,k＝0表示不分配，δ＝{δ_1,1,…,δ_1,K,…,δ_n,1,…,δ_n,K,…,δ_N,1,…,δ_N,K}為子載波分配狀態集合；a_n,k表示分配給子載波n上的用戶k的功率，a＝{a_1,1,…,a_1,K,…,a_n,1,…,a_n,K,…,a_N,1,…,a_N,K}為用戶功率集合；v_n,k，f_n和g_n,k分別表示子載波n到用戶k、子載波n到RIS以及RIS到用戶k的信道矩陣，(·)^H表示共軛轉置；o_n(k)表示子載波n上用戶k的解碼順序，o_n(k)＝j表示用戶k是第j個解碼的用戶，ο＝{o₁(1),…,o₁(K),…,o_n(1),…,o_n(K),…,o_N(1),…,o_N(K)}為解碼順序集合；l表示其他未解調用戶，o_n(l)＞o_n(k)的信號將被當作干擾處理；σ²表示均值為0的加性高斯白噪聲的方差；P_c為系統消耗的總的電路功率；子載波n上用戶k的速率為R_n,k表示為|·|表示對復數取模；假設o_n(k)＜o_n(j)，用戶k的信號在用戶j處解碼的速率R_n,j→k表示為P_max為基站處的最大發射功率；

步驟S2、求解所述能效最大化模型，具體步驟如下：

步驟S201、初始RIS的反射系數矩陣Θ對角線上第m個元素為：

子載波n到用戶k的信道矩陣為v_n,k，相應的信道增益為|v_n,k|，n′,k′為最小的子載波號和用戶號，∠(·)表示復數對應的角度；用戶k的信道增益為用戶k選擇最大的子載波令δ_n,k＝0,n≠n^*；所有用戶選擇子載波后，得到子載波分配狀態集合δ；

步驟S202、利用步驟S201得到子載波分配狀態集合δ的值，令未分配到子載波n的用戶k的|v_n,k|＝0；在子載波n上，對所有用戶按照的值從小到大排序，記用戶k的|v_n,k|值排序為i_n，則o_n(k)＝i_n；對所有子載波排序完畢后，得到解碼順序集合ο；

步驟S203、得到子載波分配狀態集合δ和解碼順序集合ο后，對模型A1的約束C3進行化簡；將模型A1轉為關于為用戶功率集合a與RIS的反射系數矩陣Θ的能效最大化模型B1為：

約束條件：

C1:

C2:

C3:

C4:θ_m∈[0,2π),m＝1,…,M

步驟S204、迭代求解能效最大化模型B1，在第i次迭代中，求解過程如下：

步驟S2041、將能效最大化模型B1拆分，分別得到優化用戶功率集合a的模型和優化RIS的反射系數矩陣Θ的模型；關于用戶功率集合a的模型B2被表述為：

約束條件：

C1:

C2:

Θ^(i-1)為第i-1次迭代得到的RIS的反射系數矩陣Θ；使用Dinkelbach方法求解模型B2，得到第i次迭代的用戶功率集合a⁽ⁱ⁾；

步驟S2042、為a⁽ⁱ⁾的第n×k個元素；關于RIS的反射系數矩陣Θ的最大化模型B3被表述為：

約束條件：

C1:

C2:θ_m∈[0,2π),m＝1,…,M

步驟S2043、引入松弛變量η＝[η_1,1,…,η_1,K,…,η_n,1,…,η_n,K,…,η_N,1,…,η_N,K]；

令t＝[t_1,1,…,t_1,K,…,t_n,1,…,t_n,K,…,t_N,1,…,t_N,K]，(·)^*表示共軛運算，則引入向量β＝[β_1,1,…,β_1,K,…,β_n,1,…,β_n,K,…,β_N,1,…,β_N,K]，模型B3轉化為模型B4，所述模型B4表示為：

約束條件:

C1:|s_m|＝1,m＝1,…,M

C2:

C3:

C4:

步驟S2044、對模型B4使用連續凸近似方法和罰函數方法迭代求解，在第u次迭代中，模型B4轉化為模型B5如下：

約束條件：

C1:|s_m|≤1,m＝1,…,M

C2:

C3:

C4:

其中和s^(u-1)是第u-1次迭代的值，是s^(u-1)的第m個元素；R(·)表示取實部；

步驟S2045、將第u次迭代獲得的變量值s,η,β代入到模型B5中計算目標函數，當目標函數的值不再變化或者變化量的絕對值小于門限值ε₁時，迭代方法終止，輸出s，將s對角化獲得RIS反射系數矩陣Θ；否則進行下一輪迭代；

步驟S205、將第i次迭代中步驟S2041獲得的用戶功率集合a和步驟S2045獲得的RIS反射系數矩陣Θ代入模型B1中計算目標函數的值，當目標函數的值不再變化或者變化量的絕對值小于門限值ε₂時，迭代方法終止，輸出用戶功率集合a和輸出RIS反射系數矩陣Θ；否則進行下一輪迭代。