[發(fā)明專利]一種基于RIS-NOMA網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作D2D系統(tǒng)及其性能提升分析方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211166265.X
• 申請(qǐng)日: 2022-09-23
• 公開（公告）號(hào): CN115515167A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜衍;谷曉會(huì);章國(guó)安;段瑋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W24/02
• 分類號(hào): H04W24/02;H04W28/06
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

1.一種基于RIS-NOMA網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作D2D系統(tǒng)及其性能提升分析方法，其特征在于，方法包括以下步驟：

步驟1：考慮了一個(gè)支持RIS的兩UE C-NOMA系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一個(gè)單天線基站、一個(gè)由UEn表示的近距離UE、一個(gè)由UEf表示的遠(yuǎn)距離UE和一個(gè)具有M個(gè)反射元件的RIS組成，基站與NOMA同時(shí)為UEn和UEf服務(wù)，為了提高遠(yuǎn)端用戶的性能，用作DF HD中繼的UEn以D2D方式將所需信號(hào)傳輸?shù)経Ef；RIS被配置為分別用于改善從基站到UEn的無(wú)線服務(wù)和增強(qiáng)從UEn到UEf的D2D通信；

步驟二：通過利用Nakagami-m衰落的分布特性和有效功率增益，導(dǎo)出了與RIS相關(guān)的信道增益的最壞和最佳情況表達(dá)式，從而簡(jiǎn)化用于表征系統(tǒng)性能的OPs上下限的推導(dǎo)；

步驟三：通過仿真結(jié)果，以檢驗(yàn)所考慮的RIS輔助的C-NOMA系統(tǒng)在OP和可實(shí)現(xiàn)速率方面的性能。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RIS-NOMA網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作D2D系統(tǒng)及其性能提升分析方法，其特征在于，所述步驟一中兩UE C-NOMA系統(tǒng)的傳輸模型包括直接傳輸和協(xié)作中繼傳輸；

所述直接傳輸?shù)姆椒椋夯緦?duì)發(fā)送到UE_n和UE_n的信號(hào)應(yīng)用疊加編碼；為了有效利用RIS反射并降低RIS處被動(dòng)波束成形的復(fù)雜性，假設(shè)RIS旨在增強(qiáng)在直接傳輸中從基站到UE_n的鏈路；在直接傳輸期間，近距離UE總是比遠(yuǎn)距離UE具有更高的信道增益，并且基站像傳統(tǒng)的NOMA那樣為U_En分配更大的功率分配因子；因此，U_En首先執(zhí)行SIC以解碼U_Ef的所需信號(hào)，然后從其自身接收到的信號(hào)中取消U_Ef的解碼信號(hào)；之后，U_En從上述過程所得到的結(jié)果中解碼其自己的信號(hào)；而U_Ef將U_En的信號(hào)視為噪聲。

此外，將表示為RIS在第一階段的相移矩陣，其中表示第一階段中RIS的第m個(gè)元素的相移；然后，在傳輸方向上的RIS反射系數(shù)通常可以寫成

式中h_rm，m和h_br，m分別為h_rn和h_br的第m個(gè)元素；

考慮將直接傳輸中的RIS配置為增強(qiáng)UE_n接收功率。為了使RIS帶來的功率增益最大化，將相移設(shè)為用三角不等式對(duì)接收振幅的一個(gè)簡(jiǎn)單應(yīng)用來表示；因此，在直接傳輸中，UE_n處的等效功率增益可定義為

所述協(xié)作中繼傳輸具體方法：在協(xié)作中繼階段中，假設(shè)SIC在UE_n成功實(shí)現(xiàn)，并通過D2D信道和RIS反射轉(zhuǎn)發(fā)UE_f的所需信號(hào)；因此，這兩個(gè)信號(hào)將在UE_f處被接收，其中一個(gè)是由UE_n的傳輸產(chǎn)生的，另一個(gè)是根據(jù)RIS的反射產(chǎn)生的；最后，UE_f組合來自BS、RIS和UE_n的接收信號(hào)，然后解碼其所需信號(hào)；由于UE_n在HD模型中工作，BS在第二階段保持沉默。

在協(xié)作中繼傳輸中，RIS智能地為UE_f進(jìn)行配置，其相移矩陣由表示；類似地，可以將第m個(gè)元件的相應(yīng)最佳相移設(shè)置為其中h_rf，m和h_nr，m分別是h_rf和h_nr的第m個(gè)元素。因此，在第二階段，UE_f處的有效功率增益由下式得出：

考慮不同的鏈路具有瑞利衰落或Nakagami衰落的特征；由于強(qiáng)散射環(huán)境，假設(shè)直接鏈路，即BS→UE_n，BS→UE_f和UE_n→UE_f采用瑞利衰落模型；因此，信道增益|h_xy|²是具有概率密度函數(shù)(Probability Density Function,PDF)的指數(shù)隨機(jī)變量，其中x∈{b，n}且y∈{n，f}，否則，其中λ_xy表示|h_xy|²的平均值，可以用代替。

為了準(zhǔn)確捕捉RIS的性能，與RIS相關(guān)的間接鏈接，即BS→RIS，RIS→UE_n，UE_n→RIS和RIS→UE_f經(jīng)歷Nakagami-m衰落，衰落參數(shù)分別為m_br，m_rn，m_nr和m_nf；通過調(diào)整參數(shù)m，可以在各種視距(LoS)和非視距(NLoS)傳播條件之間切換；Nakagami-m衰落的PDF表示為

其中m表示衰落參數(shù)，Γ(·)表示伽瑪函數(shù)；當(dāng)m是整數(shù)時(shí)，Γ(m)＝(m-1)！；在一般衰落分布的基礎(chǔ)上，Nakagami-m具有伽馬分布的功率，因此在某些條件下可以精確獲得一些結(jié)果。