[發明專利]一種智能反射面MISO無線通信系統的信道容量優化方法

有效

• 申請號: 202010097176.9
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111294096B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 江浩;常代娜;周杰
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/06;H04B17/382;H04B17/391
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種智能反射面MISO無線通信系統的信道容量優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)建立智能反射面MISO無線通信系統模型；所述系統中智能反射面上的無源可重構單元各自獨立地引起入射信號的相移，反射信號的方向隨之改變；所述系統收發端間的信道分為三個子信道；

(2)使用波束賦形發射策略表征信道容量，建立信道容量優化數學模型；所述信道容量與發射波束賦形向量v及反射矩陣Φ有關，并將信道容量優化描述為問題(P1)；

(3)將問題(P1)分解為優化發射波束賦形向量v和優化反射矩陣Φ兩個子優化問題，得出v和Φ的最優解；

(4)對兩個子優化問題進行交替迭代優化直到收斂，此時的Φ為最優反射矩陣，從而得到問題(P1)的最終優化結果；

步驟(2)所述的問題(P1)為：

(P1)：

s.t.tr(v^Hv)≤P (6)

v^Hv≥0 (7)

||v||＝1 (8)

Φ＝diag(α₁,...,α_m,...,α_M) (9)

|α_m|＝1,m＝1,...,M (10)

其中，Φ為反射矩陣，α_m為反射系數，M為智能反射面單元個數，v為發射波束賦形向量，h為發射端到接收端之間的有效信道矩陣，σ²為噪聲復信號的方差，P為發射信號功率；

步驟(3)所述的v的最優解為：

其中，Q為發射信號的協方差矩陣；

步驟(3)所述的Φ最優解獲取過程如下：

對于給定的v，得到子問題(P3)：

(P3):

s.t.(9)-(10)

定義計算|hv^H|²：

其中，定義一個(M+1)×(M+1)的矩陣R：

通過引入輔助變量t，則式(15)簡化為：

其中，t滿足|t|＝1，定義其中W_M+1,M+1＝tt^H＝|t|²＝1，W為半正定且秩為1，則(P3)變為：

(P4):

s.t.W_m,m＝1,m＝1,...,M+1 (19)

W≥0 (20)

rank(W)＝1 (21)

由于式(21)中的秩約束非凸，因此應用半定松弛方法丟掉式(21)得到一個半定規劃問題，即：

(P5):(18)

s.t.(19)-(20)

使用CVX解決(P5)，并使用高斯隨機化來滿足(P4)中式(21)的秩約束。