申请/专利权人：兰州大学

申请日：2022-08-31

公开（公告）日：2024-04-23

公开（公告）号：CN115442816B

主分类号：H04W16/22

分类号：H04W16/22;H04W72/044;H04W72/542

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.23#授权;2023.06.06#实质审查的生效;2022.12.06#公开

摘要：一种智能反射面辅助的非正交多址接入短包通信实现方法，在一个下行两用户非正交多址接入系统中，基站要发送短数据包给两个用户以实现高可靠低延时通信，其中一个用户采用具有N个反射单元的智能反射面辅助基站实现和用户的高可靠低延时通信，另一个用户则直接和基站通信。首先，已知统计信道状态信息，确定智能反射面采用最优连续相位调整和离散相位调整时基站到两用户的端到端信道统计特性；其次，根据短包通信的最大可达速率计算公式，确定两用户在衰落信道下的平均块错误率；最后，在一定的可靠性约束下，确定系统的最优功率分配因子和最小公共块长。本发明最大化利用通信资源实现了高可靠低延时通信。

主权项：1.一种智能反射面辅助的非正交多址接入短包通信实现方法，其实现步骤具体如下：步骤A、建立一个智能反射面辅助的下行两用户非正交多址接入系统；步骤B、根据步骤A建立的系统模型，推导分析得到两用户的接收信号；根据统计信道状态信息，确定连续干扰消除的顺序，进一步写出瞬时信噪比；步骤C、根据信道参数、智能反射面反射单元数N、智能反射面基于统计信道状态信息进行最优连续相位调整或q比特量化离散相位调整条件，分别分析给出两用户端到端信道的分布特性；步骤D、根据短包通信中的公式分别计算出两用户的平均块错误率表达式，并推导出其在高信噪比时平均块错误率的渐近表达式；步骤E、在高信噪比时，在可靠性约束下，分别推导出两用户的最小块长表达式，根据此表达式，进一步分别推导得到最优功率分配因子和最小公共块长；其中，步骤A的具体实现如下：A1，构建由一个单天线的基站、两个单天线用户设备和一个具有N个无源反射单元的智能反射面组成的下行两用户非正交多址接入系统，UE-1是智能反射面辅助通信的用户，UE-2是与基站直接通信的用户；A2，建模信道系数：信道系数包含传播距离相关的路径损耗和小尺度衰落两个部分，其中基站到智能反射面第l个单元的信道系数g1l、智能反射面第l个单元到UE-1的信道系数g2l表示为基站到UE-1的信道系数g3、UE-2的信道系数g4表示为其中，di为智能反射面中心到基站或UE-1的距离，dr表示基站到两用户的距离，β表示对应的路径损耗指数；hil和hr为归一化小尺度衰落，可以表示为其中Ki和Kr是相应的莱斯因子，和为相应的视距传输分量，和为相应的非视距传输分量，服从均值为0方差为1的循环对称复高斯分布；步骤B的具体实现如下：假定基站的总传输功率为P，分配给UE-1和UE-2的传输功率分别表示为αP和1-αP，其中α是功率分配因子；UE-1和UE-2接收到的信号可以表示为y1＝g3+Hs+w1,y2＝g4s+w2其中为智能反射面第l个单元在单位增益反射系数假设下的相移；xjj＝1,2分别为两用户对应的信号，w1和w2为均值0，方差σ2的复加性高斯白噪声；利用统计信道状态信息，表示剩余相位误差；在最优连续相位调整时，在最优q比特离散相位调整时，服从在-2-qπ,2-qπ的均匀分布，arg·表示求取复数角度函数；根据非正交多址接入基本原理，当统计信道状态信息分析知E|g3+H|2＞E|g4|2时，且0＜α＜0.5，其中|·|表示复数的模值或及实数的绝对值，E·表示均值；UE-2接收到信号s后，将x1当作噪声，UE-2恢复x2的瞬时信噪比为UE-1接收到信号s后，先把x1当作噪声，恢复x2，UE-1恢复x2的瞬时信噪比为当UE-1通过串行干扰抵消技术正确消除x2的干扰后，UE-1恢复x1的瞬时信噪比为γ11＝α1|g3+H|2ρ，其中ρ＝Pσ2表示传输信噪比；步骤C的具体实现如下：基站到UE-2的信道增益为|g4|2，|g4|2的累积分布函数为 其中令其中则基站到UE-1的信道增益为C，为了确定C，先确定H，H服从非循环对称的复高斯分布，即H＝U1+jV1，其中U1、V1为实高斯随机变量；1.当采用最优连续相位调整，即时，U1的均值为U1的方差为V1的均值为μV1＝0，V1的方差为2.当采用q比特量化的离散相位调整，即量化误差服从-2-qπ,2-qπ的均匀分布时，U1的均值为U1的方差为V1的均值为μV1＝0，V1的方差为 而进一步可表示为其中U2为均值和方差的实高斯分布；V2为均值和方差的实高斯分布；又因为利用矩匹配方法，可将C匹配成伽马分布，即其概率密度函数为：其中：为C的一阶矩和二阶矩；步骤D的具体实现如下：D1、当给定信噪比γ、短数据包块长大小L和短数据包块错误率ε时，短数据包最大可达速率，单位为：比特每符号，近似表示为： 其中，香农容量公式Cγ＝log21+γ，信道散度Q-1·表示的逆函数；假定两用户的物理层信息速率为Rj＝TjL，其中Tj为信息比特；UE-2恢复x2的瞬时块错误率为UE-1恢复x2的瞬时块错误率为当UE-1采用串行干扰抵消技术正确消除x2的干扰后，UE-1恢复x1的瞬时块错误率为由于ε12是个很小的值，因此，UE-1总体瞬时块错误率ε1为ε1＝ε12+1-ε12ε11≈ε12+ε11；UE-2总体瞬时块错误率ε2为ε2＝ε22；D2、根据瞬时块错误率和瞬时信躁比，衰落信道中平均块错误率E{εij}表示为： 其中为γij的概率密度函数；根据的近似，衰落信道中平均块错误率E{εij}进一步近似表示为： 其中其中为γij的累积分布函数；使用一阶黎曼近似，进一步得到平均块错误率的表达式所以UE-1和UE-2的块错误率为： D3、在高信噪比时，进一步得到块错误率的渐近表达式： 步骤E的具体实现如下：将两用户的目标块错误率表示成那么在高信噪比时两用户的最小块长各自表示为： 其中

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