智能反射面辅助的星地一体化网络优化传输方法研究

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在星地一体化网络的发展阶段中,网络融合的趋势越发明显,由于采用融合的架构,无线传输变得更加复杂。智能反射面因其可以改变无线传输环境的特点成为了6G潜在的关键技术之一。在融合网络的下行链路中,用户终端可根据情况自适应选择无线接入的优选层,但是卫星网络使用成本明显高于地面网络。如果利用智能反射面的高增益特性来增强地面网络,从而降低卫星网络的负载并带来更高的用户通信总速率。同时,卫星是能量受限单位需要对其发射功率进行优化。基于这些思想,本文建立了优化传输方法,解决引入智能反射面后,星地一体化网络的用户接入问题。本文进行的具体工作如下:首先,本文介绍了星地一体化网络的研究现状和存在的问题,并分析智能反射面应用于星地一体化场景的可行性。针对用户优化接入问题,提出了一种星地联合优化框架,该框架从地面移动网络优化接入和卫星网络优化接入两个角度考虑,按照交替优化的思想,分解为五个子问题,将多个优化变量进行分别优化。其次,针对地面移动网络优化接入,目的是增强地面覆盖。优化变量包含智能反射面相位矩阵和地面基站波束赋形向量。由于变量之间具有耦合关系,并且优化问题是分式形式,所以利用了分式规划将问题最终转换成了两个可交替求解的二次约束二次规划问题,二次约束二次规划问题可以用交替方向乘子法求解。再次,针对卫星网络优化接入,目的是卫星发射能量效率优化。优化变量包含卫星子载波发射功率。因为考虑了多子载波传输,所以设计了卫星的子载波用户分配算法,然后,各子载波的能量效率作为优化目标的问题利用分式规划理论求解。在地面算法和卫星算法联合迭代完成之后,得到了收敛的有效近似解。设计了相应的优选层匹配算法,为用户分配优选层。最后,仿真验证了所提星地联合优化框架的收敛性和有效性,分析了智能反射面单元个数、用户位置和智能反射面部署位置等关键系统参数的影响。
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