[發明專利]IRS輔助海洋非正交多址通信的穩健波束賦形方法

在審

• 申請號: 202211028316.2
• 申請日: 2022-08-25
• 公開（公告）號: CN115314093A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 張廣馳;李康柏;崔苗
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04B7/0413;H04W16/28;H04W52/02;H04W52/20;H04W52/24;H04W52/26
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉俊

本發明提出一種IRS輔助海洋非正交多址通信的穩健波束賦形方法，涉及無線通信的的陣列信號處理的技術領域，首先建立IRS輔助海洋和非正交多址接入通信系統，將智能反射面IRS與海洋通信系統、NOMA通信系統相結合，然后基站向第一海洋用戶和第二海洋用戶傳輸信息，接著在不同解碼順序下對信息進行解碼，得到在第一海洋用戶處和在第二海洋用戶處的信息的信干噪比和通信速率，再以基站的最小化發射功率作為目標函數，在設定約束條件下進行穩健波束賦形設計，以此構建優化問題，最后求解得到基站最小化發射功率，符合未來綠色通信的通信愿景，在海洋的信道不確定下，結合NOMA通信技術，提高了海洋無線通信的通信性能。

技術領域

本發明涉及無線通信的的陣列信號處理的技術領域，特別涉及一種IRS輔助海洋非正交多址通信的穩健波束賦形方法。

背景技術

智能反射平面(Intelligent reflecting surface,IRS)是一項能夠有效提高無線通信系統的資源利用率以及擴大通信覆蓋范圍的革命性新技術，其由大量低成本的無源反射元件構成，每個反射元件都能獨立調節其反射相位系數來改變入射信號的幅度和相位，通過調整IRS的反射單元的幅度和相位可以實現對傳播環境智能控制，從而提高通信性能。

波束賦形是基于天線陣列的信號預處理技術，波束賦形通過調整天線陣列中每個陣元的加權系數產生具有指向性的波束，從而能夠獲得明顯的陣列增益。因此，波束賦形技術在擴大覆蓋范圍、改善邊緣吞吐量以及干擾抑止等方面都有很大的優勢。非正交多址接入技術(Non-orthogonal multiple access，NOMA)通過功率復用或特征碼本設計，允許不同用戶占用相同的頻譜、時間和空間等資源，被認為是在未來的無線網絡中提高頻譜效率和實現大規模連接的有效解決方案，有望實現5G高頻譜效率和大規模連接的需求，NOMA技術與IRS結合使用，能夠發揮出NOMA的優勢，進一步提高通信性能。

近年來，大部分關于IRS和NOMA的研究都是假設信道狀態信息是完美的，而對于海洋環境下的無線通信，由于海洋環境的惡略性和海浪潮汐的運動，使得基站獲取完美的信道狀態信息變得不可能，因此，考慮不完美信道狀態信息下對無線資源進行優化更具有實際的意義。現有技術中公開了一種IRS輔助陸地場景下無線通信的設計方法，在不完美信道狀態信息情況下聯合優化基站和IRS的波束賦形向量來最小化基站的發射功率，但陸地場景環境穩定，信道狀態相對確定，該方法在面向不穩定的海洋環境時，尤其再考慮結合NOMA技術，無法保證海洋環境中的可靠通信。

發明內容

為解決在當前IRS輔助無線通信的方法中，在面向海洋環境時，未考慮海洋環境的不完美信道狀態信息，無法保障海洋環境可靠通信的問題，本發明提出一種IRS輔助海洋非正交多址通信的穩健波束賦形方法，在海洋的信道不確定下，結合NOMA通信技術，提高了海洋無線通信的通信性能。

為了達到上述技術效果，本發明的技術方案如下：

一種IRS輔助海洋非正交多址通信的穩健波束賦形方法，包括以下步驟：

S1.建立IRS輔助海洋的非正交多址通信系統，所述系統包括基站、IRS、第一海洋用戶及第二海洋用戶；

S2.考慮IRS的輔助，基站采用波束賦形技術分別向第一海洋用戶和第二海洋用戶傳輸信號；

S3.按照不同解碼順序，對第一海洋用戶和第二海洋用戶接收到的信號進行解碼，分別得到在第一海洋用戶處和在第二海洋用戶處的信息的信干噪比；

S4.基于不同解碼順序下得到的第一海洋用戶和第二海洋用戶處的信息的信干噪比，分別計算第一海洋用戶和第二海洋用戶的通信速率；

S5.考慮基站分別向第一海洋用戶和第二海洋用戶傳輸信號的信道的誤差，以基站最小化發射功率為目標函數，以第一海洋用戶的最差通信速率、第二海洋用戶的最差通信速率和IRS單位模的約束為約束條件，分別在不同解碼順序下構建優化問題，對所述優化問題進行優化求解，得到基站的最小化發射功率的最優解。