【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于下行无线通信的能量效率优化领域，涉及利用有益干扰提高系统能量效率的两种设计方案，具体是指针对非正交多址接入技术存在的两类干扰缺陷设计不同的有益干扰对齐方案，采取联合优化基站主动波束成形、智能反射面被动波束成形的方法，从而达到最大化系统能量效率的目的。
技术介绍
1、非正交多址接入(noma)技术由于其高频谱效率、大规模连接和强用户公平性，已成为第六代(6g)无线通信系统的重要技术之一。与传统正交多址接入(oma)不同，noma利用功率域在同一资源块(时间、频率或码元)上服务多个用户。在发送端，noma根据用户的信道优劣情况分配功率，并采用叠加编码(sc)技术同时传输多个用户信息。在接收端，noma采取连续干扰消除(sic)技术实现对各用户信息的接收。具体而言，信道情况较差的用户信息首先被解码，之后被去除，直至解码出用户本身期望接收到的信息。值得一提的是，noma性能与用户间信道增益差异有较大联系，当用户间信道增益存在明显的差异时，noma才能获得比oma更好的频谱效率增益。针对于此，智能反射面(irs)的应用可以有效发挥出noma性能。通过调整反射单元的反射幅值或反射相移，irs可以动态控制信道传输环境、智能调整用户间信道增益差异。
2、然而，传统irs-noma网络中存在的用户间干扰也是一个重要问题。一方面，sic技术只能消除低解码阶用户的干扰，高解码阶用户的干扰仍然存在于接收端，影响用户的接收性能。另一方面，传统noma用户的可达速率基于完美的sic，但在实际通信系统中，传统noma难以获得完美的s
3、最近，有益干扰预编码(cip)技术被视为解决干扰问题的有效措施。实际上，cip是一种符号级预编码(slp)技术。通过利用信道状态信息(csi)和发射符号信息，cip编码器可以使接收信号远离符号信息的星座点、位于有益干扰区域。这样，有害的用户间干扰被转化为有益信息，被视为有用信号功率的额外来源，有利于提高用户的接收性能。
4、针对irs-noma网络中潜在的两种用户间干扰问题，本专利技术引入cip将这两种干扰构造为有用信息，提高用户接收性能和网络能量效率。
技术实现思路
1、在传统的irs-noma网络中，两种潜在的用户间干扰影响着系统的性能。一方面，sic无法消除来自高解码阶用户的干扰，这些信号被接收用户视为噪声；另一方面，当sic消除来自低解码阶用户的干扰时，干扰信号很难被完全检测并消除掉，于是残留的干扰会影响系统性能。针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于ci的irs-noma网络波束成形方法。针对所设计的下行多输入单输出(miso)irs-noma网络，提出两种利用ci将干扰有益化处理以实现发射功率最小化的方案，即本专利技术提供两种ci辅助的干扰设计方案：对于方案i，ci将来自高解码阶用户的干扰转化为用户有用接收信息，以利用用户接收端无法消除的干扰。对于方案ii，ci将来自低解码阶用户的干扰转化为用户有用接收信息，以消除sic进程，提高用户端的有用信号功率。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种基于有益干扰的非正交主被动协同波束成形设计方法，首先介绍传统irs-noma系统模型，并分析传统irs-noma模型中所存在的两种类型的干扰；其次，针对这两种干扰，分别提出相应的ci辅助设计方案，将干扰转化为用户有用接收信息；最后，求解所提出的优化问题。具体包括以下步骤：
4、第一步，构建传统irs-noma系统模型。
5、1)本专利技术考虑一个irs辅助的下行noma网络，其中，irs配有n个反射单元来调整入射信号的相移，为用户通信提供直射和反射链路。基站备有m根天线，用于为k个单天线noma用户同时传输信息。uk表示第k个用户，此外，本专利技术假设基站可以得到各信道的csi，并定义基站到irs、irs到uk和基站到uk的信道分别为和这里采用莱斯分布来模拟基站与irs间的信道，具体为：
6、
7、其中，β表示在单位距离d0＝1m处的路径损耗常数；d0表示参考距离；dbi表示基站和irs间的距离；αbi表示路径损耗因子；表示信道莱斯因子；表示los路径；表示nlos路径，服从瑞利分布。
8、是los路径，表示为：
9、
10、其中，θaoa是irs处的到达角度(aoa)仰角，是irs处的aoa方位角，是基站处的离开角度(aod)方位角。
11、将irs反射元件分为x轴和y轴考虑，irs的接收阵列响应表示为：
12、
13、基站的发射阵列响应为：
14、
15、对于(3)中的阵列响应，其中，nx，ny分别表示irs分到x轴和y轴上的单元数目。表示nlos路径。
16、对于irs与用户间的信道hi,k，本专利技术也采用相同的信道模型。而考虑到基站与用户间的直射链路障碍物较多且距离较远，本专利技术采用瑞利分布描述其信道hk。
17、2)基站发射的叠加信号表示为其中是具有单位功率的uk信息符号，是uk对应的主动波束成形矢量。
18、则uk接收到的信号表示为：
19、
20、其中，是均值为0，方差为σ2的加性高斯白噪声。是irs相移对角矩阵，是irs相移矢量。γi∈[0,2π)和ai∈[0,1]分别表示第i个反射单元的反射相移和反射幅值。对此，本专利技术假设ai＝1，反射信号可以得到最大的反射增益。
21、在irs-noma网络中，sic解码顺序不仅与基站的主动波束成形有关，还与irs的被动波束成形有关。为了简化模型，本专利技术采用o(k)定义uk的解码顺序，并且设置o(k)＝k。以uk进行说明，irs-noma网络中除uk以外的其他用户可以被分为两类：第一类定义为包含在其中的用户称为低解码阶用户；第二类相应地定义为用户称为高解码阶用户。具体而言，uk首先按照sic解码顺序依次解码低解码阶用户的信息，并依次消除，之后在高解码阶用户信息作为干扰的情况下解码其自身信息。为保证sic解码顺序的顺利执行，以下的功率约束条件需满足：
22、
23、其中，表示uk接收端接收到的用户k信息功率；表示uk接收端接收到的用户p信息功率；表示uk接收端接收到的用户i信息功率；表示uk接收端接收到的用户j信息功率；hi,k＝diag(hi,k)；wi，wj和wp分别表示ui，uj和up的主动波束成形矢量。
24、3)根据noma，最终，uk解码sk得到的信干噪比(sinr)为：
25、
26、其中，σ2表示加性高斯白噪声的功率。
27、特别地，在uk接收端，sic将会消除所有用户间干扰，因此，uk所接收到的信噪比(snr)可以表示为：
28、
29、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于有益干扰的非正交主被动协同波束成形设计方法，其特征在于，所述的设计方法首先基于IRS-NOMA系统模型所存在的两种类型的干扰，分别提出相应的CI辅助设计方案，确定优化问题，并将干扰转化为用户有用接收信息；最后，求解所提出的优化问题；
2.根据权利要求1所述的一种基于有益干扰的非正交主被动协同波束成形设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于有益干扰的非正交主被动协同波束成形设计方法，其特征在于，所述的步骤2.3)交替优化算法具体如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于有益干扰的非正交主被动协同波束成形设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于有益干扰的非正交主被动协同波束成形设计方法，其特征在于，所述的步骤2.3)交替优化算法具体如下：
6.根据权利要求2或4所述的一种基于有益干扰的非正交主被动协同波束成形设计方法，其特征在于，所述的第一步，构建IRS-NOMA系统模型，步骤为：
【技术特征摘要】
1.一种基于有益干扰的非正交主被动协同波束成形设计方法，其特征在于，所述的设计方法首先基于irs-noma系统模型所存在的两种类型的干扰，分别提出相应的ci辅助设计方案，确定优化问题，并将干扰转化为用户有用接收信息；最后，求解所提出的优化问题；
2.根据权利要求1所述的一种基于有益干扰的非正交主被动协同波束成形设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于有益干扰的非正交主被动协同波束成形设计方法，其特征在于...
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