[发明专利]一种新型可重构智能表面和中继辅助的非正交多址接入协作网络

说明书

本发明公开了一种新型可重构智能表面(RIS)和中继辅助的非正交多址接入(NOMA)协作网络，该网络同时考虑了不同位置用户视距(LOS)和非视距(NLOS)两种场景；对于所提出的协作NOMA系统，我们首先分析了RIS辅助和中继辅助下行链路的容量。由于很难得到关于可实现容量的闭合表达式，因此我们应用中心极限定理(CLM)和Jensen不等式来确定信道增益的紧致上界。然后，我们重点介绍了在中继和RIS中提供更多容量优势的解决方案。数值和仿真结果验证了推导表达式的正确性和所提出模型的优越性；最后，阐明了随着传输场景的不同，RIS和中继辅助协作网络显示出各自不同的优势和局限性。

技术领域

本发明属于通信领域，具体涉及一种新型RIS与中继结合的协同车联网部署方案。

技术背景

非正交多址(NOMA)已被认为是未来移动网络非常有前途的多址接入候选方案；NOMA的核心思想是在同一正交带宽资源块上为多个用户提供服务；在多个天线节点的情况下，正交空间方向可以视为一个资源块；因此，NOMA的使用确保了在每个空间方向上同时为多个用户服务，从而提高了频谱效率；另一方面，具有实时可重构特性的反射表面最近在移动通信领域引起了人们的兴趣，例如可重构智能表面(RIS)和软件控制的元表面，以便支持适应传播环境的传输，将RIS配置为将信号发送到目的地；尽管如此，RIS的上述特性与半双工中继有一定的相似之处，但也存在着实质性的区别：对于中继协议，它主动处理接收信号，然后转发相应的信号；而对于RIS，它被动地反射信号，被动波束形成节省了处理时延；在中，与理想的放大转发(AF)中继的比较表明，采用RIS可以获得更大的能效增益；此外，解码转发(DF)中继已知在可实现速率方面优于AF中继，可作为更好的基准。

虽然NOMA通常比正交多址(OMA)方案具有更好的性能，但它高度依赖于信道状态信息(CSI)，因此，在随机信道条件下，它不一定优于OMA方案；受 NOMA和RIS技术上述特点的启发，最近的一些工作探索了通过NOMA和RIS 技术的集成来提高网络性能；此外，智能反射面：物理、传播和路径损耗建模[J]；IEEE无线通信通讯通讯理论文中对RIS辅助网络和中继辅助网络的性能进行了比较，结果表明RIS辅助网络在RIS数目足够大的情况下可能具有更好的性能；显然，即使系统性能相应提高，大量的RIS部署也会导致过高的开销和较低的性价比；智能反射面与解码和转发：需要多大的表面才能打败中继[J]；IEEE无线通信通讯通讯，作者给出了一个初步的解决方案，即需要多大的表面才能击败中继；但是，文中只考虑了OMA信号，没有给出容量的闭式解。

发明内容

发明目的：通过以上讨论可知，NOMA和RIS有助于提高能力。但是，存在一个悬而未决的问题：就可实现的容量而言，中继和RIS哪一个更有优势；因此，在这封信中，我们通过开发和分析新的RIS或中继辅助的与NOMA的协作网络来回答这个问题，在这种网络中，从基站到用户的直接链路很弱，而另一个用户与被阻塞的用户配对进行NOMA 传输。这项工作的主要贡献概括如下。

对于具有最佳反射相位的理想RIS情况，我们利用Jensen不等式和中心极限定理导出了信道增益的闭合近似。在此基础上，给出了可达容量的闭合解严格的上界。