[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

说明书

本发明公开一种RIS‑NOMA下行链路的混合时分功率分割能量采集中继方案，在该方案中，小区用户中心服务器作为中继帮助小区边缘用户，并支持混合时间切换(TS)和功率分割(PS)的同步无线信息和电力传输(SWIPT）协议和RIS无源波束形成。首先推导了中断概率的封闭表达式以及最佳和最差情况。为了获得进一步的见解，我们还研究了相关中断概率的分集顺序和高信噪比(SNR)斜率。仿真和数值结果表明，该方案相对于正交多址(OMA)、非协同的非正交多址接入(NOMA)和无RIS的协同NOMA的性能都有一定的提高。此外，该方案利用更多的发射天线和RIS单元获得了更高的分集增益。

技术领域

本发明涉及一种RIS-NOMA下行链路的混合时分功率分割能量采集中继方 案，属于无线网络技术领域。

背景技术

近年来，基于RIS(可重构智能表面)的技术在车载网络、太赫兹通信和 物理层安全(PLS)等领域的应用受到了广泛关注。RIS辅助系统由一系列智能表 面单元组成，每个单元可以独立吸收能量和/或改变入射信号的相位。通过适当 调整RIS元件的反射角度和/或幅值系数，电磁信号可以重新配置为无线传输。 具体来说，在反射元件上使用已优化的或随机的相位可以为多个用户实现显著的 波束成形增益。此外，从RIS辅助网络和中继辅助网络的性能比较可以看出，随 着RIS单元数量的增加，RIS辅助网络的性能有了显著的提高。

为了进一步提高光谱和能量效率，通过集成NOMA和RIS技术，RIS可以 增强小区边缘用户设备(用户)的功率水平，而小区中心用户设备则将反射信号视 为干扰。对于遵循瑞利衰落分布的RIS辅助NOMA网络，使总发送功率最小， 计算相关误码率(BER)。受关注衰落环境对RIS授权网络的影响，提出了一种基 于公平性的RIS辅助NOMA网络的衰落算法。然而，对于直接链接和/或反射链 接，瑞利衰落和莱斯衰落的一般假设对于这类系统是不现实的，因为RIS可以灵 活的部署在固定基站的强视距(LoS)路径的建筑物上。为了表明RIS的性能，本 文采用Nakagami-m衰落对RIS辅助链路进行建模，其中m＝1和m1分别表示 视距LoS和非视距(NLoS)链路。

另一方面，上述研究或集中在公平性上，或集中在提高NOMA网络的频谱 效率上，同时，在保证用户公平的情况下，对于接收可靠性提升方面的研究比较 少。为了避免这种公平性问题，同时保证小区边缘终端的可靠性，使用协作中继 传输是一种可能的解决方案。通过采用小区中心用户作为中继，协作式NOMA 可以显著提高系统性能的和速率。研究结果也表明，即使在不完全CSI和不完全 连续干扰消除(SIC)的情况下，协同NOMA场景的中断性能也可以超过非协同 NOMA场景。

为实现小区中心用户的协同中继传输，同时无线信息与能量传输(SWIPT)是 一种节能技术。具体而言，将协同NOMA与SWIPT协议相结合，使小区中心用 户能够处理自己的数据并转发小区边缘用户的所需信息，与传统NOMA相比， 使用SWIPT不会损害多样性增益。近年来，SWIPT在多输入多输出(MIMO)带 能量收集(EH)中继节点的中继系统中的应用研究，以提升中继节点的能量收集。 具体来说，中继节点根据源节点通过时间切换(TS)协议传输的射频信号来收获能 量，并充分利用收获的能量对信息进行预编码并转发给目的节点。此外，提出了 两种基于功率分割(PS)和时间切换的协议，展示了不同源功率水平下的权衡。同 时，发射天线选择(TAS)方案在不损害MIMO系统利益的前提下，通过减少射频 链，为消除MIMO技术带来的额外功耗、硬件复杂度和训练开销提供了有效的 解决方案。因此，天线选择和RIS技术的引入是协同NOMA系统提高低复杂度 中断概率和遍历性和速率的必要途径。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种RIS-NOMA下行链路的混 合时分功率分割能量采集中继方案，从而通过研究系统在下行链路的性能，通过 功率域NOMA和RIS技术的基本集成来提高性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：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，包括以下步骤：