[发明专利]基于可重构全息超表面的非正交多址接入通信方法和系统

说明书

本发明涉及一种基于可重构全息超表面的非正交多址接入通信方法和系统。该基于可重构全息超表面的非正交多址接入通信方法，在根据非正交多址接入技术确定每个用户的通信数据速率后，基于每个用户的所述通信数据速率构建用户数据总速率的初始问题模型，然后，引入辅助变量将用户数据总速率的所述初始问题模型确定为用户数据总速率最大化问题模型，最后，采用数学迭代法基于所述用户数据总速率最大化问题模型确定功率分配方案和全息波束成形方案，以对基站和用户通信过程中的通信功率和波束成形进行最优控制，进而使得基站和用户间的通信总速率达到最大。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种基于可重构全息超表面的非正交多址接入通信方法和系统。

背景技术

为了实现无处不在的智能信息网络，即将到来的第六代(6G)无线通信对天线技术提出了严格的要求，如容量增强和精确的波束控制。虽然广泛使用的碟形天线和相控阵天线都有能力实现这些目标，但它们都存在着自身固有的缺陷，严重阻碍了它们的未来发展。具体而言，碟形天线需要沉重而昂贵的波束转向机械，而相控阵高度依赖功率放大器，耗电功率大，移相电路复杂，移相器众多，尤其是在高频波段。因此，为了满足未来6G无线系统中指数增长的移动设备的数据需求，需要更经济高效的天线技术。在现有的天线技术中，全息天线作为一种小尺寸、低功耗的平面天线，以其低制造成本和低硬件成本的多波束控制能力受到越来越多的关注。具体地说，全息天线利用金属贴片在表面构建全息图案，根据干涉原理记录参考波和目标波之间的干涉。然后，参考波的辐射特性可以通过全息图案来改变，以产生所需的辐射方向。

然而，随着移动设备的爆炸性增长，传统的全息天线面临着巨大的挑战，因为一旦全息图案建立，传统全息天线其辐射方向图就固定了，因此无法满足移动通信的需求。由于超材料的可控性，新兴的RHS技术在改善传统全息天线的不足方面显示出极大的潜力。RHS是一种超轻薄的平面天线，天线表面嵌有许多超材料辐射单元。具体而言，由天线馈源产生的参考波以表面波的形式激励RHS，使得基于印刷电路板(PCB)技术制造的拥有紧凑结构的RHS成为可能。根据全息图案，每个辐射单元可以通过电控制参考波的辐射幅度来产生所需的辐射方向。因此，相比于传统的碟形天线和相控阵天线，RHS无需重型机械运动装置和复杂的移相电路就可以实现动态波束成形，可以大大节省天线制造成本以及功率损耗，同时其轻薄的结构也十分便于安装。

在与正交多址接入方案中一个子信道只能分配给一个用户，但是非正交多址接入(NOMA)方案中多个用户可以同时共享同一个子信道，这也导致在每个子信道上产生严重的用户间干扰。为了解决这个问题，可以在终端用户接收机处应用各种多用户检测技术，例如串行干扰消除来解码接收到的信号。通过发射端的功率域复用和接收端的串行干扰消除，NOMA可以获得比正交多址方案更大的容量区域。

而现有通信方案并未公开将RHS和NOMA进行结合的相关内容。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于可重构全息超表面的非正交多址接入通信方法和系统，以在填补现有技术通信方案空白的同时，能够使通信装置的通信总速率达到最大。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于可重构全息超表面的非正交多址接入通信方法，应用于包括有可重构全息超表面的基站和用户间的通信；所述基于可重构全息超表面的非正交多址接入通信方法包括：

根据非正交多址接入技术确定每个用户的通信数据速率；

基于每个用户的所述通信数据速率构建用户数据总速率的初始问题模型；

引入辅助变量将用户数据总速率的所述初始问题模型确定为用户数据总速率最大化问题模型；

采用数学迭代法基于所述用户数据总速率最大化问题模型确定功率分配方案和全息波束成形方案。

优选地，所述根据非正交多址接入技术确定每个用户的通信数据速率，具体包括：