[发明专利]一种RIS-NOMA下行链路的混合时分功率分割能量采集中继方案

权利要求书

1.一种RIS-NOMA下行链路的混合时分功率分割能量采集中继方案，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：建立双用户MISO-NOMA下行链路系统模型，其中带有K个天线的基站(BS)同时与蜂窝中心单天线用户(命名为用户N)和蜂窝边缘单天线用户(命名为用户F)；通过将一个单元中的用户划分为多个组，此外还配置有带有M个反射原件的RIS，通过产生无源波束成形来辅助两个用户之间的中继传输，用户N通过混合TS和PS协议获取能量，并在BS和用户之间充当DF中继；

步骤S2：分析小区边缘用户的OP，进而进行中断性能分析，其中OP定义为用户瞬时数据速率低于预定义目标数据速率的概率；

步骤S3:由于存在指数函数的第K次幂，为获得进一步见解，对其进行中断性能分析；

步骤S4:通过给出充分的仿真和数值结果，以演示所提出的RIS辅助合作传输方案在双用户NOMA系统中的中断性能。

2.根据权利要求1所述的一种RIS-NOMA下行链路的混合时分功率分割能量采集中继方案，其特征在于，所述步骤一中，中继方案具体为：

步骤S11:首先考虑一个持续时间为T的时间块，由三个子块组成，其中，用户N在持续时间为αT的第一子块中获得能量，其中0≤α1表示EH的块时间占比；通过功率分割，用户N同时获得能量和解码持续时间为(1-α)T/2的第二块信息，其中0≤ρ1表示EH的功率分割比，剩余的(1-ρ)用于信息解码，然后，在(1-α)T/2持续时间的第三个子块中，用户N利用收集到的所有能量将信息转发给用户F；

步骤S12:根据TS/PS混合能量收集(EH)协议的时间框架，考虑的双用户协作NOMA系统的下行传输可分为两阶段进行,第一阶段在第一、二子区块中进行直接信息传输和EH，第二阶段在第三子区块中进行RIS辅助的协同中继传输；第二和第三个子块被赋值为相同的持续时间,在合作中继传输阶段，当用户N与用户F按照半双工协议进行通信时，BS保持静默。

3.根据权利要求1所述的一种RIS-NOMA下行链路的混合时分功率分割能量采集中继方案，其特征在于，系统模型首先提供了所提议的RIS辅助协同NOMA网络的信道统计信息，该网络用于在下面的小节中评估中断概率；

用户F的有效信道增益方案具体为如下：

其中，BS发射的信号:让h_iT表示BS天线i到用户T的信道系数，其中i＝1，…，K和T∈N,F；考虑到强散射环境，假设从BS到用户N和用户F的信道服从瑞利衰落，则h_iT可以建模为独立同分布的、具有零均值和方差λ_ST的复高斯随机变量；接收天线和用户T处的加性高斯白噪声(AWGN)n_aT分别用零均值、零方差σ²_aT和n_cT零均值、零方差σ²_cT表示；因此，通道增益|h_XY|²的概率密度函数(PDF)服从指数分布，即其中X∈1，…，K,Y∈N,F，λ_XY表示平均通道增益；另外，|h_XY|²的平均值可以写成其中d_XY表示两个节点之间的距离，单位为米，∈为路径损耗指数，d₀为参考距离，为d₀处的平均信号功率衰减；

其中，用户N传输的信号:对于RIS辅助中继传输，表示为相移矩阵，其中φ_m是作用在RIS的第m个元素上的相移；设分别为用户N到用户F,用户N到RIS和RIS到用户F链路的信道系数，其中所有链路都遵循Nakagami-m衰落；

RIS反射系数可以写成：

式中h_0,m、h_r,m分别第m个元素的为h₀、h_r；假设这些连接经历了Nakagami-m衰落，即|h_NF|～Nakagami(1,1)，|h_0，m|～Nakagami(m₀,1)和|h_r，m|～Nakagami(m_F,1)，其中m₀和m_F为对应的分布参数；

因此，通过将RIS的相移设为φ_m＝arg(h_NF)-arg(h_0，m，h_r，m)，可以得到在用户F处的最大接收功率；因此，对于在用户F接收到的中继信号，有效信道增益可以写成

其中“l_NF”、“l₀”和“l_r”分别为用户N到用户F、用户N到RIS和RIS到用户F链路的路径损耗；利用h_NF、h₀和h_r的独立同分布，可以将有效信道增益的最坏和最优情况分别转换为

和

信道矩阵的元素h₀和h_r随衰落参数m₀和m_F分别服从Nakagami分布。然后，利用随机变量的性质，可以得到

其中因此，有效信道增益的最坏情况可以表述为

其中Γ(·，·)表示Gamma分布:另一方面，接收到来自用户N和RIS反射的信号时，用户F的有效信道增益矩阵的最佳情况分布可以表示为

其中