[發明專利]一種新型可重構智能表面和中繼輔助的非正交多址接入協作網絡

在審

• 申請號: 202210261061.8
• 申請日: 2022-03-16
• 公開（公告）號: CN114826338A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 段瑋;王明星;姜衍;季彥呈;章國安
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H04B7/026
• 分類號: H04B7/026;H04B7/145;H04L25/02;H04L67/12;H04W4/46
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 許潔

本發明公開了一種新型可重構智能表面(RIS)和中繼輔助的非正交多址接入(NOMA)協作網絡，該網絡同時考慮了不同位置用戶視距(LOS)和非視距(NLOS)兩種場景；對于所提出的協作NOMA系統，我們首先分析了RIS輔助和中繼輔助下行鏈路的容量。由于很難得到關于可實現容量的閉合表達式，因此我們應用中心極限定理(CLM)和Jensen不等式來確定信道增益的緊致上界。然后，我們重點介紹了在中繼和RIS中提供更多容量優勢的解決方案。數值和仿真結果驗證了推導表達式的正確性和所提出模型的優越性；最后，闡明了隨著傳輸場景的不同，RIS和中繼輔助協作網絡顯示出各自不同的優勢和局限性。

技術領域

本發明屬于通信領域，具體涉及一種新型RIS與中繼結合的協同車聯網部署方案。

技術背景

非正交多址(NOMA)已被認為是未來移動網絡非常有前途的多址接入候選方案；NOMA的核心思想是在同一正交帶寬資源塊上為多個用戶提供服務；在多個天線節點的情況下，正交空間方向可以視為一個資源塊；因此，NOMA的使用確保了在每個空間方向上同時為多個用戶服務，從而提高了頻譜效率；另一方面，具有實時可重構特性的反射表面最近在移動通信領域引起了人們的興趣，例如可重構智能表面(RIS)和軟件控制的元表面，以便支持適應傳播環境的傳輸，將RIS配置為將信號發送到目的地；盡管如此，RIS的上述特性與半雙工中繼有一定的相似之處，但也存在著實質性的區別：對于中繼協議，它主動處理接收信號，然后轉發相應的信號；而對于RIS，它被動地反射信號，被動波束形成節省了處理時延；在中，與理想的放大轉發(AF)中繼的比較表明，采用RIS可以獲得更大的能效增益；此外，解碼轉發(DF)中繼已知在可實現速率方面優于AF中繼，可作為更好的基準。

雖然NOMA通常比正交多址(OMA)方案具有更好的性能，但它高度依賴于信道狀態信息(CSI)，因此，在隨機信道條件下，它不一定優于OMA方案；受 NOMA和RIS技術上述特點的啟發，最近的一些工作探索了通過NOMA和RIS 技術的集成來提高網絡性能；此外，智能反射面：物理、傳播和路徑損耗建模[J]；IEEE無線通信通訊通訊理論文中對RIS輔助網絡和中繼輔助網絡的性能進行了比較，結果表明RIS輔助網絡在RIS數目足夠大的情況下可能具有更好的性能；顯然，即使系統性能相應提高，大量的RIS部署也會導致過高的開銷和較低的性價比；智能反射面與解碼和轉發：需要多大的表面才能打敗中繼[J]；IEEE無線通信通訊通訊，作者給出了一個初步的解決方案，即需要多大的表面才能擊敗中繼；但是，文中只考慮了OMA信號，沒有給出容量的閉式解。

發明內容

發明目的：通過以上討論可知，NOMA和RIS有助于提高能力。但是，存在一個懸而未決的問題：就可實現的容量而言，中繼和RIS哪一個更有優勢；因此，在這封信中，我們通過開發和分析新的RIS或中繼輔助的與NOMA的協作網絡來回答這個問題，在這種網絡中，從基站到用戶的直接鏈路很弱，而另一個用戶與被阻塞的用戶配對進行NOMA 傳輸。這項工作的主要貢獻概括如下。

對于具有最佳反射相位的理想RIS情況，我們利用Jensen不等式和中心極限定理導出了信道增益的閉合近似。在此基礎上，給出了可達容量的閉合解嚴格的上界。