智能反射面的优化方法、NOMA传输方法及其系统与流程

本发明涉及无线通信领域，具体地涉及一种智能反射面的优化方法、noma传输方法及其系统。

背景技术：

1、近些年来，随着新材料技术的发展，关于智能反射面(irs,intelligentreflecting surface)的研究也取得了一定程度的突破，智能反射面技术使得通信信道的简化带来了可能性，打破了人们在传统通信系统中关于“通信信道起到负作用的”固有认知。

2、在一个受到高大建筑物的遮挡的区域范围内，用户与基站无法进行直接的视距链路传输，在现有技术中，直接使用无人机(uav,unmanned aerial vehicle)来对被阻塞用户进行译码转发并使用对应的oma方案在用户侧进行接入，或者，除了使用无人机之外，还结合以有源中继为代表的通信系统辅助元件进行信号的中继传输。然而，上述技术可实现的系统速率总和远远不能达到预期的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种智能反射面的优化方法、noma传输方法及其系统，其提出一种智能反射面辅助的高可靠noma传输策略来最大化系统的和速率，进而还可实现未来移动通信中高密度海量用户接入的需求以及容量提升的目标。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种智能反射面的优化方法，所述优化方法包括：s1：根据基站的位置、无人机的位置以及所述智能反射面的位置矩阵，确定所述基站到所述智能反射面的发射角度矩阵以及所述智能反射面到所述无人机的发送角度矩阵；以及s2：根据所述发射角度矩阵与所述发送角度矩阵，优化所述智能反射面的相位矩阵，以获取所述智能反射面的优化相位矩阵。

3、优选地，所述优化方法还包括：在各个轮次迭代过程中执行以下操作，直至完成预设次数迭代过程：更新所述智能反射面的位置矩阵；执行s1与s2，以获取各个轮次迭代所对应的所述智能反射面的更新的位置矩阵与更新的优化相位矩阵；建立用户组接收到的信息总和速率随所述智能反射面的位置矩阵与相位矩阵两者变化的第一函数；以及以所述第一函数的最大值为优化目标，根据所述位置矩阵与优化相位矩阵、以及所述各个轮次迭代所对应的所述更新的位置矩阵与所述更新的优化相位矩阵，获取所述智能反射面的目标位置矩阵与目标相位矩阵。

4、优选地，所述获取目标位置矩阵以及所述目标相位矩阵包括：通过以下方程组获取所述目标位置矩阵以及所述目标相位矩阵：

5、maxc(p,θ)                            (1)

6、s.t.0≤α1,α2≤1                   (1a)

7、ps＝c                        (1b)，

8、

9、|(θ)ii|＝1,i＝1,…,k            (1d)

10、其中，c(p,θ)为所述第一函数；p为所述智能反射面的位置矩阵；α1、α2分别为所述第一用户与所述第二用户的功率分配因子；ps为所述基站的发射功率且c为常数；θ为所述智能反射面的相位矢量，为所述智能反射面的第i个元件的相位；以及k为所述智能反射面的元件的总数。

11、优选地，所述优化方法还包括：s3：根据瑞利随机因子、赖斯随机因子以及所述智能反射面的功率分配因子矩阵，确定用户组接收到的信息总和速率的关键特征因子；以及s4：以所述用户组接收到的信息总和速率为优化目标，对功率分配因子矩阵进行优化，以获取所述智能反射面的功率分配因子矩阵。

12、优选地，所述对所述智能反射面的功率分配因子矩阵进行优化包括：通过以下方程组对所述智能反射面的功率分配因子矩阵w进行优化：

13、

14、

15、0≤α1,α2≤1            (2b)

16、ps＝c                 (2c)

17、其中，为所述关键特征因子，εi、∈i分别为所述瑞利随机因子、所述赖斯随机因子；hj分别为所述智能反射面的第j个元件的功率分配因子，wk、wj分别为所述智能反射面的第i、j个元件的相位；以及k为所述智能反射面的元件的总数；σ为常数；α1、α2分别为所述第一用户与所述第二用户的功率分配因子；p1,r为无人机的发送功率；以及ps为所述基站的发射功率且c为常数。

18、优选地，所述优化方法还包括：建立用户组接收到的信息总和速率随所述智能反射面的位置矩阵、相位矩阵与功率分配因子矩阵三者变化的第二函数；在各个轮次迭代过程中执行以下操作，直至完成预设次数迭代过程：更新所述智能反射面的位置矩阵；根据上一轮次获取的优化功率分配因子矩阵执行s1-s4，以获取各个轮次迭代所对应的所述智能反射面的更新的位置矩阵、更新的优化相位矩阵与更新的优化功率分配因子矩阵；以及以所述第二函数的最大值为优化目标，根据所述位置矩阵、优化相位矩阵与优化功率分配因子矩阵以及所述各个轮次迭代所对应的所述更新的位置矩阵、所述更新的优化相位矩阵与所述更新的优化功率分配因子矩阵，获取所述智能反射面的目标位置矩阵、目标优化相位矩阵与目标功率分配因子。

19、优选地，所述获取所述智能反射面的目标位置矩阵、目标优化相位矩阵与目标功率分配因子包括：通过以下方程组获取所述智能反射面的目标位置矩阵、目标优化相位矩阵与目标功率分配因子：

20、maxc(p,θ,w)                           (3)

21、s.t.0≤α1,α2≤1                   (3a)

22、ps＝c                        (3b)，

23、

24、|(θ)ii|＝1,i＝1,…,k            (3d)

25、其中，c(p,θ,w)为所述第二函数；p、w分别为所述智能反射面的位置矩阵与功率分配因子矩阵；α1、α2分别为所述第一用户与所述第二用户的功率分配因子；ps为所述基站的发射功率且c为常数；θ为所述智能反射面的相位矢量，为所述智能反射面的第i个元件的相位；以及k为所述智能反射面的元件的总数。

26、通过上述技术方案，本发明创造性地首先根据基站的位置、无人机的位置以及所述智能反射面的位置矩阵，确定所述基站到所述智能反射面的发射角度矩阵以及所述智能反射面到所述无人机的发送角度矩阵；然后，根据所述发射角度矩阵与所述发送角度矩阵，优化所述智能反射面的相位矩阵，以获取所述智能反射面的优化相位矩阵。由此，本发明提出一种智能反射面辅助的高可靠noma传输策略来最大化系统的和速率，进而还可实现未来移动通信中高密度海量用户接入的需求以及容量提升的目标。

27、本发明第二方面提供一种noma传输方法，所述noma传输方法包括：根据所述的智能反射面的优化方法，确定位置矩阵处的所述智能反射面的优化相位矩阵；以及通过安装在所述位置矩阵处且配置有所述优化相位矩阵的所述智能反射面，辅助所述基站经由无人机向用户组进行noma传输。

28、优选地，在所述优化方法为包括优化智能反射面的功率分配因子的优化方法的情况下，所述noma传输方法还包括：根据所述优化方法，确定所述智能反射面的优化功率分配因子矩阵；以及通过安装在所述位置矩阵处且配置有相应优化相位矩阵与所述优化功率分配因子矩阵的所述智能反射面，辅助所述基站经由所述无人机向所述用户组进行noma传输。

29、通过上述技术方案，本发明创造性地通过确定位置矩阵处的所述智能反射面的优化相位矩阵；然后，通过安装在所述位置矩阵处且配置有所述优化相位矩阵的所述智能反射面，辅助所述基站经由无人机向用户组进行noma传输。由此，本实施例适用于用户与基站之间存在高大遮挡物的场景，可最大化noma传输中的系统和速率，进而还可实现未来移动通信中高密度海量用户接入的需求以及容量提升的目标。

30、本发明第三方面提供一种智能反射面的优化系统，所述优化系统包括：角度确定装置，用于执行s1：根据基站的位置、无人机的位置以及所述智能反射面的位置矩阵，确定所述基站到所述智能反射面的发射角度矩阵以及所述智能反射面到所述无人机的发送角度矩阵；相位确定装置，用于执行s2：根据所述发射角度矩阵与所述发送角度矩阵，优化所述智能反射面的相位矩阵，以获取所述智能反射面的优化相位矩阵。

31、有关本发明实施例提供的智能反射面的优化系统的具体细节及益处可参阅上述针对智能反射面的优化方法的描述，于此不再赘述。

32、本发明第四方面提供一种noma传输系统，所述noma传输系统包括：所述的智能反射面的优化系统，用于确定位置矩阵处的所述智能反射面的优化相位矩阵；以及所述智能反射面，其安装在所述位置矩阵处且配置有所述优化相位矩阵，用于通过辅助所述基站经由无人机向用户组进行noma传输。

33、有关本发明实施例提供的noma传输系统的具体细节及益处可参阅上述针对noma传输方法的描述，于此不再赘述。

34、本发明第五方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的智能反射面的优化方法和/或所述的noma传输方法。

35、本发明第六方面提供一种芯片，用于执行计算机程序，该计算机程序被所述芯片执行时实现所述的智能反射面的优化方法和/或所述的noma传输方法。

36、本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。