[发明专利]基于和速率最大化的多RIS辅助下行MIMO-NOMA系统优化方法

权利要求书

1.一种基于和速率最大化的多RIS辅助下行MIMO-NOMA系统优化方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

S1：构建多RIS辅助下行MIMO-NOMA系统；

S2：构建目标函数和约束条件：通过联合优化基站的发射波束成型矩阵V、RIS相移矩阵Φ和簇内功率分配p，将三者联合的解决方法表达为一个约束优化问题P1，在RIS相移约束、用户速率约束和发射功率的约束下，最大化MIMO-NOMA系统和速率；

S3：通过交替优化的方法对优化问题P1进行求解。

2.根据权利要求1所述的多RIS辅助下行MIMO-NOMA系统优化方法，其特征在于，步骤S1中，构建多RIS辅助下行MIMO-NOMA系统，具体包括：假设系统中有KF个配备了L根天线的用户、F个RIS和配备了M根发射天线的BS；将服务的KF个用户分成F个簇，每个簇中有K个用户；每个RIS均配备N≥1个反射元件，以协助用户接收来自BS的信号；每个用户接收来自BS-用户链路和RIS-用户链路的叠加信号；忽略服务于其他簇RIS造成的干扰；令RIS的有效相移和幅度系数矩阵为β_f,n∈(0,1]表示RIS元素n的幅度系数，j表示虚数单位，θ_n∈(0,2π]表示RIS元素n的相移；

假设每个节点都有完美的CSI，因此簇f中用户k的信号表示为：

其中，s_f,k是要传输给簇f中用户k的有用信息信号，其中，(·)^H和分别表示共轭转置和随机变量的期望；表示簇f中用户k对应BS分配的功率，是预编码矩阵V的第f列，G_f,k是簇f中RIS和用户k之间的瑞利信道矩阵，且Φ_f是簇f中RIS的有效相移和幅度系数矩阵，H_f是BS到第f簇中RIS链路的莱斯信道矩阵，且W_f,k是簇f中BS和用户k之间的瑞利信道矩阵，且为簇f中第k个用户处均值为0，方差为σ²的加性高斯白噪声；

在下行MIMO-NOMA通信网络中，信号强度最强的用户先解码，并通过串行干扰消除技术来消除信号强度弱的用户的干扰；假设用户信道增益的顺序为：

|(G_f,1Φ_fH_f+W_f,1)v_f|²≥…≥|(G_f,kΦ_fH_f+W_f,k)v_f|²≥…≥|(G_f,KΦ_fH_f+W_f,K)v_f|²    (2)

信道增益越小的用户应分配更多功率的原则，则波束内各用户所分配的功率应满足：

p_f,1≤…≤p_f,k≤…≤p_f,K,                       (3)

根据下行MIMO-NOMA系统解调规则，簇f中用户k在解调自身信号之前，需要先解调出同簇中所有信道增益弱于其的用户，即簇f中用户k需顺序解码同簇中用户t的数据流，t＝k+1,…,K，簇f中用户k解码同簇中第t个用户的信干噪比表示为：

其中，1≤k＜t≤K；

在消除同簇中所有信道较弱用户的干扰信号之后，簇f中用户k解码自身信号时，将其他用户信号视为干扰，则簇f中用户k解码自身信号的信干噪比为：

在下行MIMO-NOMA系统中，簇f中用户k解码第t个用户的信干噪比要大于等于第t个用户的信干噪比阈值，需要保证

根据(5)式的SINR表达式，得到簇f中用户k的信息传输速率R_f,k为：