一种混合多中继与智能反射面辅助无线通信网络的最优中继选择方法技术

本发明专利技术公开了一种混合多中继与智能反射面辅助无线通信网络的最优中继选择方法，利用中继选择来减少RIS辅助网络中的信号损失，提高通信系统的性能和容量。该方法包括：目的节点D和RIS获取每个中继到自己的信道状态信息；计算每个中继节点的信噪比；利用传统最大最小中继选择方案选择中继；重构中继选择策略；从所有中继节点中选择出距离RIS最近的最优中继节点进行辅助通信。本发明专利技术提供的中继选择策略解决了混合多中继与智能反射面辅助无线通信网络的中继选择问题，提高了信号的传输效率以及信道容量，具有低成本和覆盖范围广的优点，可用于具有多中继的RIS辅助通信系统。可用于具有多中继的RIS辅助通信系统。可用于具有多中继的RIS辅助通信系统。

【技术实现步骤摘要】
一种混合多中继与智能反射面辅助无线通信网络的最优中继选择方法


[0001]本专利技术涉及无线通信
，具体是一种混合多中继与智能反射面辅助无线通信网络的最优中继选择方法。

技术介绍

[0002]随着人工电磁材料的发展，可重构智能表面(RIS)已被公认为是改善无线传播环境的一种节能且具有成本效益的技术。RIS由许多无源反射元件组成，这些元件的特性允许每个元件主动和独立地控制其反射信号的叠加或相减，以增加所需的信号功率或抑制同信道干扰，从而显着提高通信性能。与众所周知的大规模多输入多输出系统等其他技术不同，RIS不需要射频链。相反，它只是在其平面上反射具有特定幅度或相移的入射信号，使得反射信号在接收器侧针对性地组合，可以提供经济高效、可靠且节能的通信。
[0003]此外，协作中继网络作为一种有吸引力的技术，可以提高无线通信的性能。有许多研究工作比较了RIS和中继技术之间的差异，虽然RIS和中继都用来提高系统性能，但中继会主动处理接收到的信号，而RIS仅反射入射信号，没有任何有源发射模块。E.Bjornson等对解码转发(DF)中继和RIS辅助传输在能效方面进行了比较，结果表明，在RIS使用数百个反射元件时，可实现中继的性能。此外，X.Ying等提出了一种全双工中继辅助系统，该系统包括两个喇叭天线和两个非常靠近中继的RIS，并阐明即使使用少量反射元件也可以提高可达速率。
[0004]应用中继选择来减少RIS辅助网络中的信号损失是有价值的研究方向。与仅RIS和仅中继传输相比，I.Yildirim等提出了两种混合中继和RIS的辅助传输方案，以实现更好的中断性能和可达速率。为了结合中继和RIS辅助网络的优势，Z.Abdullah等研究了混合中继与具有连续相移和固定反射幅度的RIS网络以提高可达速率，研究表明在低信噪比(SNR)情况下，使用单中继的效果优于具有大量反射元件的RIS，而对于高SNR，RIS辅助传输是首选。为了进一步提高可达速率，Z.Abdullah等提出了对混合中继与具有连续相移和固定反射幅度的RIS的优化方法。此外，M.Sami等证明了中继选择是一种在辅助通信中获得分集增益的有效方式。
[0005]因此，在具有多中继的RIS辅助通信系统模型下，考虑只能获得统计信道状态信息的情况，如何通过中继位置选择可以最小化插入损耗的中继进行辅助传输，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种混合多中继与智能反射面辅助无线通信网络的最优中继选择方法，以使信道容量最大化，提高传输效率。
[0007]本专利技术采用的技术方案包括以下步骤；
[0008](1)目的节点D和RIS分别获取各节点到自己的信道状态信息，包括：h
S，I
、
和h
I，D
，其中k＝1，
…
，N，N表示中继个数；
[0009](2)基于目的节点D的接收信号，可以计算出每个中继节点R
k
处的接收信噪比为其中，P1是S的发射功率，是RIS的相移矩阵，θ
n
∈[0，2π)是第n个反射元件的相移；
[0010](3)基于目的节点D的接收信号，可以计算出目的节点D处的接收信噪比为其中，P2是R
k
的发射功率；
[0011](4)通过传统最大
‑
最小中继选择方案选择插入损耗最小的中继可以表示为其中，其中，
[0012](5)采用最佳相移，根据NLOS分量相互独立，可得和并重构中继选择策略；
[0013](6)中继选择策略可以进一步表示为该中继选择策略意味着选择离RIS最近的中继进行辅助通信。
[0014]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术具有以下有益效果：
[0015]本专利技术通过利用混合多中继与智能反射面通信模型，为信号提供多条辅助链路，保证了目的节点与发射源间的通信质量，提高了传输效率与信道容量。基于传统的最大
‑
最小中继选择方案给出了本专利技术模型结构下的最优中继选择策略，为未来在无线通信领域中应用多个中继与智能反射面同时辅助通信增加了可能性，具有较好的可行性和实用性。
附图说明
[0016]图1混合多中继与RIS辅助通信模型结构示意图；
[0017]图2最优中继选择策略的流程框图；
[0018]图3三种辅助通信方式的信噪比与信道容量关系。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术的目的和特征更加易懂，下面结合附图对本专利技术提出的混合多中继与智能反射面辅助无线通信网络最优中继选择方法的具体实施进行详细说明。本专利技术所构建的系统模型如图1所示，考虑一个由发射源(S)、RIS(I)、K个中继和目的端(D)组成的RIS辅助通信网络。RIS配备了由N个反射元件组成的均匀线性阵列(ULA)，入射阵列响应表示为：
[0020][0021]其中，θ表示信号的到达角(AoA)。同样地，反射阵列的响应表示为：
[0022][0023]其中，θ表示信号的离开角(AoD)。
[0024]如图1所示，各节点分布在一个三维空间中，其中x
‑
y平面表示地面，z轴表示高度。节点S和D被假定位于固定的位置，而中继则被假定为随机定位在某一区域。具体来说，S位于y
‑
z平面内，坐标为(0，y
s
，z
s
)m，y
s
，z
s
＞0；RIS部署在x
‑
z面板内，其ULA与x轴平行，并且其中心坐标为(x
I
，0，z
I
)m，x
I
，z
I
＞0；中继均匀地分布在x
‑
y平面上的一个半径为Rm的半圆盘内，这个半圆盘的中心是(x
I
，0，0)m，也就是说，中继被假定为随机地分布于RIS的中心在x
‑
y平面的投影周围。令d
i，j
表示节点i和节点j之间的距离，i，j∈{S，I，D}，i≠j。假设d
S，I
，d
I，D
＞R，即与S相比，中继离RIS更近。
[0025]参照图2，本专利技术混合多中继与智能反射面辅助无线通信网络的最优中继选择方法，其实现如下。
[0026]对于RIS辅助的下行链路传输，S
‑
I
‑
D级联通道建模为：
[0027][0028]其中β
RIS
和表示S
‑
I
‑
D级联通道的路径损耗模型和阵列响应。具体来说，β
RIS
建模为：
[0029][0030]其中G
t
和G
r
分别是发射和接收天线的增益；d
h
和表示RIS每个矩形元件的水平和垂直尺寸；θ
d，in...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合多中继与智能反射面辅助无线通信网络的最优中继选择方法，其特征在于，包括以下步骤；(1)目的节点D和RIS分别获取各节点到自己的信道状态信息，包括：h
S，I
、和h
I，D
，其中k＝1，
…
，N，N表示中继个数；(2)基于目的节点D的接收信号，可以计算出每个中继节点R
k
处的接收信噪比为其中，P1是S的发射功率，是RIS的相移矩阵，θ
n
∈[0，2π)是第n个反射元件的相移；(3)基于目的节点D的接收信号，可以计算出目的节点D处的接收信噪比为其中，P2是R
k
的发射功率；(4)通过传统最大
‑
最小中继选择方案选择插入损耗最小的中继k
*

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鹏，牛文颀，张凯，陈高洁，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：