[發(fā)明專(zhuān)利]一種智能反射表面輔助的太赫茲通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010162644.6
• 申請(qǐng)日: 2020-03-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111246491B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳文杰;陳智;馬新迎
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W16/18
• 分類(lèi)號(hào): H04W16/18;H04W24/02;H04B7/0413
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

1.一種智能反射表面輔助的太赫茲通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述通信系統(tǒng)包括裝配有N_BS個(gè)天線的基站、由N_IRS個(gè)反射陣元構(gòu)成的智能反射表面和裝配有N_MS個(gè)天線的移動(dòng)用戶(hù)端，基站通過(guò)智能反射表面將信號(hào)發(fā)送到移動(dòng)用戶(hù)端，太赫茲波在整個(gè)無(wú)線傳輸路徑中只被智能反射表面反射一次，則基站端發(fā)射N(xiāo)_s條數(shù)據(jù)流給移動(dòng)用戶(hù)端時(shí)，移動(dòng)用戶(hù)接收到的信號(hào)向量為

其中，表示基站與智能反射表面之間的信道矩陣，表示移動(dòng)用戶(hù)端與智能反射表面之間的信道矩陣，ρ表示平均接收功率，表示噪聲向量并且服從(0,δ²)的高斯分布，表示混合預(yù)編碼矩陣，表示智能反射表面的相位偏轉(zhuǎn)矩陣，對(duì)于N_IRS×N_IRS維的對(duì)角矩陣Φ，表示IRS反射陣元的反射系數(shù)，表示每一陣元對(duì)波束的相位偏轉(zhuǎn)；

移動(dòng)用戶(hù)采用N_s條射頻鏈以及與射頻鏈相連的模擬移相器對(duì)接收信號(hào)y₁進(jìn)行處理，處理后的信號(hào)為

其中表示混合聯(lián)合矩陣，由模擬聯(lián)合矩陣和數(shù)字聯(lián)合矩陣兩部分構(gòu)成；

以最大化該智能反射表面輔助的太赫茲通信系統(tǒng)的下行傳輸數(shù)據(jù)速率為目標(biāo)，其中等效信道矩陣H_e＝H₂ΦH₁，為N_s×N_s維的單位矩陣，δ²為信道噪聲功率，聯(lián)合優(yōu)化基站端的預(yù)編碼矩陣F，智能反射表面的相位矩陣Φ，以及用戶(hù)端的解碼矩陣W，建立目標(biāo)函數(shù)如下：

(Φ^opt,W^opt,F^opt)＝argmaxR,

其中，第一個(gè)約束是由智能反射表面的通信模型所決定的，第二個(gè)約束是由智能反射表面陣元相位的離散化性質(zhì)決定的，即每一陣元的相位偏轉(zhuǎn)屬于某一離散相位集合第三個(gè)約束為歸一化發(fā)送功率限制；

所述目標(biāo)函數(shù)的求解方法為：

S1、初始化：

智能反射表面相位向量是由相位矩陣Φ提取主對(duì)角元構(gòu)成的列向量；常量矩陣是由信道矩陣H₁和H₂唯一確定的常量矩陣；向量計(jì)數(shù)次數(shù)i＝0，終止迭代次數(shù)I；

S2、若滿(mǎn)足i≤I，則進(jìn)入步驟S3；否則，進(jìn)入步驟S9；

S3、計(jì)算梯度向量其中

S4、計(jì)算步長(zhǎng)其中

S5、更新相位向量

S6、更新函數(shù)值

S7、如果當(dāng)前函數(shù)值則進(jìn)行操作：

S8、迭代次數(shù)i＝i+1，返回步驟S2；

S9、將得到的最優(yōu)連續(xù)相位矩陣Φ^opt對(duì)角元素分別映射到離散相位集合中離散相位最近的值，映射后的離散相位矩陣仍記為Φ^opt；

S10、計(jì)算等效信道H_e＝H₂Φ^optH₁；

S11、奇異值分解信道矩陣：H_e＝UΛV^H，

S12、得到聯(lián)合碼W^opt＝U[:,1:N_s]，預(yù)編碼F^opt＝V₁[:,1:N_s]；

S13、返回最優(yōu)預(yù)編碼F^opt，最優(yōu)聯(lián)合碼W^opt，最優(yōu)智能反射表面相位矩陣Φ^opt。