[發明專利]一種基于STAR-RIS輔助的共生無線電傳輸方法

有效

• 申請號: 202310147515.3
• 申請日: 2023-02-22
• 公開（公告）號: CN116033461B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 呂斌;周超;齊婷
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W52/24;H04B7/145
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 楊欣怡

1.一種基于STAR-RIS輔助的共生無線電傳輸方法，其特征在于，目標區域中存在共生無線電傳輸系統，包括基站、次用戶SU、至少一個主用戶PU，在次用戶SU和主用戶PU之間設置STAR-RIS，所述STAR-RIS為同時傳輸和反射可重構智能反射面，STAR-RIS具有若干個元件，每個元件包括反射元件和傳輸元件，STAR-RIS將目標區域劃分為R區和T區，所述R區為反射區，T區為傳輸區，基站和各主用戶PU位于STAR-RIS的R區，次用戶SU位于STAR-RIS的T區，執行如下步驟S1-步驟S3，獲得最小化的基站發射功率，完成無線電傳輸：

步驟S1：獲取從基站到各主用戶PU的信道數據、從基站到次用戶SU的信道數據、從基站到STAR-RIS的信道數據、從STAR-RIS到各主用戶PU的信道數據、從STAR-RIS到次用戶SU的信道數據、基站波束成形向量、STAR-RIS反射和傳輸系數矩陣；

步驟S2：基于步驟S1所獲得的各信道數據、基站波束成形向量、STAR-RIS反射和傳輸系數矩陣，構建基站發射功率函數；

步驟S2的具體方法如下：

計算共生無線電傳輸系統中第k個主用戶PU的傳輸速率如下式：

式中，和為第k個主用戶PU處的信干噪比，R_k為第k個主用戶PU的傳輸速率，Θ_r為STAR-RIS的反射系數矩陣，為主用戶PU集合，K為主用戶PU總數，w_k為第k個主用戶PU的波束成形向量，w_i為第i個主用戶PU的波束成形向量，為第k個主用戶PU處的噪聲功率；h_k為從基站到第k個主用戶PU的信道數據，g_k為從STAR-RIS到第k個主用戶PU的信道數據，h_i為從基站到第i個主用戶PU的信道數據，g_i為從STAR-RIS到第i個主用戶PU的信道數據，上標H為埃爾米特共軛，F為從基站到STAR-RIS的信道數據；

計算共生無線電傳輸系統中在次用戶SU處譯碼第k個主用戶PU的傳輸速率如下式：

式中，和分別表示在次用戶SU處譯碼第k個主用戶PU信號時次用戶SU符號為+1和-1時的信干噪比，R_s,k為在次用戶SU處譯碼第k個主用戶PU的傳輸速率，R_s，K為在次用戶SU處譯碼第K個主用戶PU的傳輸速率，Θ_t為STAR-RIS的傳輸系數矩陣，為次用戶SU處的噪聲功率；h_s為從基站到次用戶SU的信道數據，g_s為從STAR-RIS到次用戶SU的信道數據；和分別表示次用戶SU符號為+1和-1時的平均信干噪比；

計算共生無線電傳輸系統中在次用戶SU處譯碼次信號的信噪比如下式：

式中，γ_c為在次用戶SU處譯碼次信號的信噪比，L表示次用戶SU符號周期是主用戶PU符號周期的倍數；

步驟S3：基于基站發射功率函數，構建基站發射功率最小化問題，并計算使基站發射功率最小的基站波束成形向量、STAR-RIS反射和傳輸系數矩陣；

步驟S3所構建的基站發射功率最小化問題P1如下式：

C3：γ_c≥γ_min

式中，為STAR-RIS的元件集合，為STAR-RIS第m個元件的反射系數幅度，為STAR-RIS第m個元件的反射系數相位，為STAR-RIS第m個元件的傳輸系數幅度，為STAR-RIS第m個元件的傳輸系數相位，R_min表示主用戶PU正常工作所需要的譯碼主用戶信號最低可達速率，γ_min表示次用戶SU正常工作所需要的譯碼次用戶信號最低信噪比，||w_k||表示w_k的歐幾里得范數；

對基站發射功率最小化問題P1進行求解，具體步驟如下：

步驟S31：給定Θ_r和Θ_t，通過半正定松弛方法和連續凸逼近方法求解基站發射功率最小化問題P1，獲得w_k的次優解給定的Θ_r和Θ_t具體如下式：

式中，v_r為反射系數向量，v_r中的表示STAR-RIS的各元件的反射系數，v_t為傳輸系數向量，v_t中的表示各元件的傳輸系數，為第m個STAR-RIS元件反射系數幅度，為第m個STAR-RIS元件傳輸系數幅度，為第m個STAR-RIS元件反射系數的相位，為第m個STAR-RIS元件傳輸系數的相位，1≤m≤M，函數diag()表示向量的對角矩陣，e表示自然常數，上標j表示虛數單位；

步驟S32：根據所得到的w_k的次優解引入輔助變量λ_r、λ_t和ρ，給定各輔助變量，通過懲罰對偶分解法求解Θ_r和Θ_t，分別得到Θ_r和Θ_t的次優解和

步驟S33：根據所得到的Θ_r和Θ_t的次優解和求解和得到和的最優解和

步驟S34：根據所得到的和以及和更新λ_r、λ_t和ρ；

步驟S35：重復步驟S31-步驟S34，直至收斂，所獲得的解為基站發射功率最小化問題P1的次優解次優解中的Θ_t即為步驟S₃所述的使基站發射功率最小的基站波束成形向量、STAR-RIS反射和傳輸系數矩陣。