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专利号: 2023107217757
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-11-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种非完美CSI下IRS辅助的NOMA网络安全速率最大化方法,其特征在于,包括以下步骤:

101、在考虑多个窃听者存在且窃听信道的非完美CSI条件下,建立非完美CSI下IRS辅助的NOMA网络安全速率最大化模型;

102、初始化目标问题的相关参数,包括波束形成向量wk、IRS相移Θ、安全速率判决门限ξ及秩一精度ρn;

103、根据合法用户的组合信道增益确定SIC解码顺序;

104、根据确定的SIC解码顺序,给定IRS相移,求解出波束形成向量,并将其更新;

105、根据确定的SIC解码顺序,给定波束形成向量,求解出IRS相移,并将其更新;

106、内层迭代安全速率更新收敛判断:若两次的安全速率差值的绝对值不大于安全速率判决门限,并且正惩罚项ρ小于秩一精度ρn,则安全速率收敛,给出内层最大的安全速率;

若两次的安全速率差值的绝对值大于安全速率判决门限,或正惩罚项ρ大于等于秩一精度ρn,则将此时的安全速率保存,并跳转到步骤105,直到安全速率满足条件,给出内层迭代的最大安全速率;

107、外层迭代安全速率更新收敛判断:若两次的安全速率差值的绝对值与当前的安全速率比值不大于安全速率判决门限,则安全速率收敛,给出外层最大的安全速率,方法结束;若两次的安全速率差值的绝对值与当前的安全速率比值大于安全速率判决门限,则将此时的安全速率保存,并跳转到步骤104,直到安全速率满足条件,给出最大的安全速率。

2.根据权利要求1所述的非完美CSI下IRS辅助的NOMA网络安全速率最大化方法,其特征在于,所述步骤101具体为:在考虑多个窃听者存在且窃听信道的非完美CSI条件下,建立非完美CSI下IRS辅助的NOMA网络安全速率最大化目标优化问题为P1:s.t.C1:αn∈[0,2π),1≤n≤NC2:

C3:Rk≤Rj→k,s(k)≤s(j)

C4:s(k)∈Ω

式中,RS,k为合法用户Uk的可达安全速率, 为基站到窃听者El、IRS到窃听者El的信道增益估计误差,k为合法用户索引值,K为合法用户个数;约束C1为IRS相移约束,αn为IRS第n个反射元件的相移,N为IRS的反射元件个数;约束C2为基站最大发射功率约束,Pmax为基站最大发射功率;约束C3为确保SIC解码成功,实现合法用户之间的公平性,Rk为Uk的速率,Rj→k为Uk解码合法用户Uj的速率,s(k)、s(j)为Uk、Uj的解码顺序;约束C4中Ω为SIC解码顺序集合。

3.根据权利要求2所述的非完美CSI下IRS辅助的NOMA网络安全速率最大化方法,其特征在于,所述步骤103具体包括:根据合法用户的组合信道增益确定SIC解码顺序,最大化所有合法用户组合信道增益的和的优化问题为P2:s.t.Un,n=1,1≤n≤N+1

式中, 为引入的辅助信道增益矩阵, 为基站到合法用户Uk的信道增益, 为IRS到合法用户Uk的组合信道增益, 为第T个IRST

到合法用户Uk的信道增益,G=[G1,...,GT]为基站到IRS的组合信道增益,GT为基站到第T个IRS的信道增益, 为引入的辅助相移矩阵和向量, 为IRS相移向量,αn为IRS第n个反射元件的相移,为半正定符号。

4.根据权利要求3所述的非完美CSI下IRS辅助的NOMA网络安全速率最大化方法,其特征在于,所述步骤104,根据确定的SIC解码顺序,给定IRS相移Θ,求解出波束形成向量wk,具体为:固定Θ,优化波束形成向量wk,优化问题为

P2:

s.t.C1:

C2:

C3:

C4:

C5:

式中, 是合法

用户Uk的速率SCA取得的下界, 为Uk的组合信道增益, 为IRS相移矩阵Θ的对角线组成的相移向量, 为引入的辅助信道增益矩阵, 为IRS到Uk的信道增益,G为基站到IRS的信道增益, 为基站到Uk的信道增益,t

u为第t次迭代中u的值, s(j)、s(k)为合法用户Uk、Uj的解码顺序, 为Uk的高斯噪声, 为第t次迭代中wj的值;约束C1和约束C2由含有不确定参数的窃听速率基于松弛变量、S‑procedure方法转化为有限线性矩阵不等式得到的,约束C1中 为引入的辅助变量, 为 利用1阶泰

勒展开,在第t次迭代中给定可行点 处的上界,εB,l>0、εr,l>0分别表示基站到窃听者El和IRS到El信道增益估计误差的范围, 为引入的辅助变量,0表示零矩阵,I表示单位矩阵,N表示IRS的反射元件个数,M表示基站的天线个数;约束C2中 为联合波束形成矩阵,为窃听者El的窃听速率得分式中的分母部分在第t次迭代的可行点 处一阶泰勒展开取得*的下界,(x) 表示x的共轭, 为引入的辅助变量,为El的估计信道矩阵,

为IRS到窃听者El和基站到El估计信道, 为El的高斯噪声;约束C3中Pmax为基站最大发射功率;约束C4为确定SIC解码顺序后将问题P2中的约束C3重新转化得到的,右侧为 在第t次迭代的可行点 处一阶泰勒展开;约束C5为引入的辅助变量约束。

5.根据权利要求4所述的非完美CSI下IRS辅助的NOMA网络安全速率最大化方法,其特征在于,所述步骤105,根据确定的SIC解码顺序,给定波束形成向量wk,求解出IRS相移Θ,具体为:固定波束形成向量wk,优化IRS相移Θ,优化问题为P4:

s.t.C1:

C2:

C3:

C4:

C5:

式中, 是合法

用户Uk的速率SCA取得的下界, 为Uk的组合信道增益, 为IRS到Uk的信道增益,G为基站到IRS的信道增益, 为基站到Uk的信道增益,t

u为第t次迭代中u的值, 为Uk的高斯噪声,t

w 为第t次迭代中w的值,ζ>0表示惩罚项的常数比例因子,ρ为正惩罚项;约束C1为将松弛为凸LMI形式并保证秩一约束转化得到的, αn为IRS第n个反射元件的相移,第二个式子的左侧为 在第t次迭代的可行点 处一阶泰勒展开;约束C2为确定SIC解码顺序后将问题P2中的约束C3重新转化得到的,右侧为 在第t次迭代的可行点 处一阶泰勒展开;约束C3中为引入的辅助变量,

为 利用1阶泰勒展开,在第t

次迭代中给定可行点 处的上界,εB,l>0、εr,l>0分别表示基站到窃听者El和IRS到El信道增益估计误差的范围, 为引入的辅助变量,0表示零矩阵,I表示单位矩阵,N表示IRS的反射元件个数,M表示基站的天线个数;约束C4中Si=[diag(si),0],Vi=[diag(vi);0],si、vi为 进行奇异值分解得到的, 表示取 的前N个值,为引入的辅助变量,

为窃听者El的估计信道矩阵,

为El的高斯噪声;约束C5为引入的辅助变量约束。

6.根据权利要求5所述的非完美CSI下IRS辅助的NOMA网络安全速率最大化方法,其特征在于,所述步骤106具体包括:比较 与安全速率判决门限ξ的大小,其中, 为第n次内层迭代的安全速率, 为第n‑1次内层迭代的安全速率;若 不大于ξ,且ρ<ρn,ρ表示正惩罚项,ρn表示秩一精度,则安全速率收敛,给出内层迭代的最大安全速率;若大于ξ或ρ≥ρn,则将此时的安全速率保存,并跳转到步骤105,直到安全速率满足条件,给出内层迭代的最大安全速率。

7.根据权利要求6所述的非完美CSI下IRS辅助的NOMA网络安全速率最大化方法,其特征在于,所述步骤107具体包括:比较 与安全速率判决门限ξ的大小,其中,为第t次外层迭代的安全速率, 为第t‑1次外层迭代的安全速率;若 不大于ξ,则安全速率收敛,给出最大安全速率;若 大于ξ,则将此时的安全速率保存,并跳转到步骤104,直到安全速率满足条件,给出最大安全速率。