【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及無線通信，特別涉及智能反射面(intelligent?reflectingsurface，簡稱為irs)輔助網絡中考慮功率控制上行傳輸的部署設計。
技術介紹
1、隨著irs技術的迅速發展，它在提升無線通信網絡性能方面展現了巨大的潛力。irs是一種可以動態調控電磁波反射的人工結構，通過調整反射單元的相位，irs能夠靈活地改變無線信道的傳播特性，從而提高信號質量、擴大覆蓋范圍并減少干擾。正因如此，irs被廣泛認為是未來無線通信網絡性能提升的關鍵技術，尤其適用于城市密集區、室內信號盲區和偏遠地區等復雜或覆蓋不足的場景。
2、在通信領域，irs作為輔助網絡資源管理的工具，通過優化反射信號路徑來提升網絡性能。例如，在覆蓋不足或信號受限的環境中，irs可以重新引導信號，彌補傳統基站的覆蓋缺陷，增強信號傳輸，或者減少由障礙物引發的非視距(nlos)傳輸問題。此外，irs還能顯著緩解多徑效應和干擾對信號質量的影響，這對于提升用戶體驗和保障通信質量至關重要。
3、盡管irs在提升網絡性能方面具有顯著的潛力，但其實際部署仍面臨諸多挑戰。首先，irs無法主動傳輸信號，必須依賴基站或其他主動設備。其次，irs性能的優化依賴于精確的信道狀態信息(csi)，這對系統設計和資源分配提出了更高的要求。此外，irs的部署位置、反射角度及相位調控策略等因素都需要在多維空間中進行綜合優化，以實現最佳的網絡性能。
4、在與地面基站配合使用時，irs可以通過調整反射路徑來增強信號強度和覆蓋范圍。然而，由于irs的被動特性
5、在irs輔助的上行通信網絡中，irs的陣列增益顯著提高了信道功率，但同時也擴大了不同距離處信道功率之間的差距。因此，需要合理的上行功率控制策略，才能充分利用irs所帶來的性能增益。為了優化上行網絡性能，必須考慮在如何合理設置功率分配策略和irs部署參數，以實現更高效的上行通信網絡覆蓋。
技術實現思路
1、本專利技術一種基于功率控制的智能反射面輔助上行傳輸方法及設備，通過調整智能反射面單元來增強信號，從而有效提高上行傳輸的覆蓋性能。具體的，本專利技術提出了一個用于irs輔助網絡上行傳輸的功率控制模型，表征了功率控制和irs部署之間的約束關系，并通過隨機幾何重新推導了上行信號功率分布。本專利技術分析了在irs級聯信道影響下，地面用戶在irs輔助網絡中的分數功率控制上行傳輸。此外，重新定義并計算了用戶分布，使用泊松點過程建立了分析框架，推導了irs級聯信道下的上行干擾的拉普拉斯變換。通過利用隨機幾何方法，計算了irs輔助網絡上行鏈路中的網絡性能指標的理論表達式。通過度量不同系統參數下的覆蓋率大小反映irs輔助上行鏈路的網絡性能，根據覆蓋率隨部署參數的變化關系，得到使聯合覆蓋性能最優時的部署密度、irs服務單元數，表征了irs輔助網絡系統部署參數與上行功率補償之間的權衡關系。
2、本專利技術的智能反射面輔助網絡的部署方法包括以下步驟：
3、步驟200，根據需要智能反射面網絡覆蓋的目標區域的環境參數，確定irs、基站的部署密度，irs服務單元數和功率控制等參數的范圍。
4、根據irs輔助網絡下行傳輸的場景，使用兩個獨立的泊松點過程分別建模基站和irs的分布，基站的分布設定為φb，其密度為λb，irs的分布設定為φi，其密度λi。基站和用戶設備都設定為單天線，每個irs具有n個反射單元。功率控制大小為：
5、
6、其中ρ是功率分配因子，vk是第k個用戶和從屬基站之間的距離，α是路徑損耗參數，ε是功率補償因子。
7、步驟210，計算功率控制下，上行傳輸有用信號功率大小。
8、對于典型用戶，信號傳輸給最近的基站，由最近的irs0提供服務，在irs0波束賦形的情況下，利用中心極限定理用戶的上行鏈路功率的計算式為：
9、
10、對于其余irs，接受到用戶的信號進行散射，其計算式為：
11、
12、基站在用戶進行功率控制下接受到的上行傳輸功率的計算式為：
13、
14、假設和平均信號接收功率的一階矩計算式為：
15、
16、平均信號接收功率的二階矩計算式：
17、
18、用伽馬函數γ(k,θ)近似服務信號功率分布，計算式為：
19、
20、步驟220，計算干擾信號和，并根據干擾信號計算其拉普拉斯變換。
21、用戶受到的上行干擾信號包括非服務用戶的信號，和irs反射的非服務用戶的信號，表示為：
22、
23、進一步，其計算式為：
24、
25、接收到的干擾信號拉普拉斯變換可以表示為：
26、
27、其中表示干擾用戶到對應基站的距離分布，表示干擾參數。
28、步驟230，基于網絡的上行覆蓋率，獲取功率控制下irs輔助上行網絡的系統性能，并根據覆蓋性能隨基站部署參數、irs參數以及功率控制策略的變化情況，得到最優的irs輔助上行網絡的部署方案。
29、用覆蓋率pcov來準確地表征大尺度時間的網絡性能，覆蓋率定義為用戶處的接收信噪比高于信噪比閾值的概率，其計算如下式為：
30、
31、其中，y＝t(i+w)/θs，t是覆蓋閾值，w是噪聲功率大小，ks是形狀參數，θs是尺度參數。
32、通過已知環境參數確定基站和irs部署參數范圍后，根據覆蓋率隨著irs服務單元數量、irs和基站部署密度、覆蓋閾值以及功率控制參數的變化，確定使網絡的上行覆蓋性能最優時的參數設置，得到最優的irs輔助網絡的部署。
33、有益效果
34、本專利技術針對irs輔助上行傳輸的信道功率差距，提出了利用考慮功率控制下的上行irs輔助網絡的部署方法。利用上行功率控制，有效解決了irs輔助上行網絡的功率分配不均的問題。根據實際環境情況設置部署參數：根據上行irs輔助網絡覆蓋率給出irs部署密度、服務單元數量以及功率控制的合理配置，為實際場景中網絡部署提供指導意義。
35、引入功率控制因子，通過對不同距離下用戶采用距離相關的發射功率。在irs輔助上行網絡進行傳輸時，信道級聯鏈路和irs陣列增益，導致了不同網絡拓撲下鏈路狀況的波動和信道功率差異，使得采用均一化的控制功率不能充分利用系統性能。因此，考慮功率控制下irs輔助上行傳輸，以更充分利用上行傳輸的網絡性能。
36、通過分析覆蓋率隨irs部署密度和單元數量以及功率控制因子的變化關系，確定網絡在覆蓋性能最優時的部署參數設置。在確定部署參數設置之后，根據覆蓋率隨基站密度本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.本專利技術一種基于功率控制的智能反射面輔助上行傳輸方法及設備，其特征在于，包括：通過調整智能反射面單元來增強信號，從而有效提高上行傳輸的覆蓋性能；具體的，本專利技術提出了一個用于IRS輔助網絡上行傳輸的功率控制模型，表征了功率控制和IRS部署之間的約束關系；本專利技術分析了在IRS級聯信道影響下，地面用戶在IRS輔助網絡中的分數功率控制上行傳輸；此外，重新定義并計算了用戶分布，使用泊松點過程建立了分析框架，計算了IRS輔助網絡上行鏈路中的網絡性能指標的理論表達式；通過度量不同系統參數下的覆蓋率大小反映IRS輔助上行鏈路的網絡性能，根據覆蓋率隨部署參數的變化關系，得到使聯合覆蓋性能最優時的部署密度、IRS服務單元數，表征了IRS輔助網絡系統部署參數與上行功率補償之間的權衡關系。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，需要對基站輔助部署智能反射面，智能反射面和基站的分布獨立；水平面內部署智能反射面，智能反射面的部署密度和服務單元數量與環境參數和有關；對不同距離下用戶采用距離相關的發射功率，其計算式為
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，基站接
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，基站會受到干擾信號，包括：非服務用戶的干擾信號和IRS反射非服務用戶的干擾信號，其計算式為：
5.根據權利要求1或4所述的方法，其特征在于，基于時間相關性，用覆蓋率來表征上行傳輸網絡的覆蓋性能，其計算式為：
...【技術特征摘要】
1.本發明一種基于功率控制的智能反射面輔助上行傳輸方法及設備，其特征在于，包括：通過調整智能反射面單元來增強信號，從而有效提高上行傳輸的覆蓋性能；具體的，本發明提出了一個用于irs輔助網絡上行傳輸的功率控制模型，表征了功率控制和irs部署之間的約束關系；本發明分析了在irs級聯信道影響下，地面用戶在irs輔助網絡中的分數功率控制上行傳輸；此外，重新定義并計算了用戶分布，使用泊松點過程建立了分析框架，計算了irs輔助網絡上行鏈路中的網絡性能指標的理論表達式；通過度量不同系統參數下的覆蓋率大小反映irs輔助上行鏈路的網絡性能，根據覆蓋率隨部署參數的變化關系，得到使聯合覆蓋性能最優時的部署密度、irs服務單元數，表征了irs輔助網絡系統部署參數與上行功率補償之間的...
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