[發(fā)明專利]基于逐次逼近的智能表面MISO系統(tǒng)聯(lián)合波束成形方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011633274.6
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112803978B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董安明;邱靜;禹繼國;韓玉冰;李素芳;梁風(fēng)
• 申請（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H03M1/38
• 代理公司: 濟(jì)南信達(dá)專利事務(wù)所有限公司 37100
• 代理人: 潘悅梅

本發(fā)明公開了基于逐次逼近的智能表面MISO系統(tǒng)聯(lián)合波束成形方法，屬于多小區(qū)多用戶MIMO通信技術(shù)領(lǐng)域，要解決的技術(shù)問題為如何有效的實現(xiàn)該系統(tǒng)的聯(lián)合波束成形。該方法為在滿足BS的單個發(fā)射功率約束和IRS的反射約束的條件下，通過聯(lián)合優(yōu)化BS的傳輸波束成形向量w_k和IRS的反射波束成形向量θ，基于AO框架以及逐次逼近方法最大化MISO系統(tǒng)中所有用戶的和速率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多小區(qū)多用戶MIMO通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是基于逐次逼近的智能表面MISO系統(tǒng)聯(lián)合波束成形方法。

背景技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等新興應(yīng)用的發(fā)展，對第五代(5G)及5G以上的蜂窩網(wǎng)絡(luò)提出了大量具有各種服務(wù)質(zhì)量(QoS)的無線設(shè)備的需求。高數(shù)據(jù)傳輸速率，低延遲，高效節(jié)能，低成本，增加的系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接對未來的通信系統(tǒng)至關(guān)重要。

為了實現(xiàn)即將到來的通信網(wǎng)絡(luò)的性能，許多無線通信技術(shù)被提出和深入研究，包括超密集網(wǎng)絡(luò)(UDN)、大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO)和毫米波(mmWave)通信。雖然上述技術(shù)顯著提高了無線通信系統(tǒng)的頻譜和能源效率，但在實際系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)能耗和硬件成本仍然是關(guān)鍵問題。為了降低能耗和硬件成本，近年來提出了智能反射面(IRS)，并且由于其能在從微波到可見光的寬頻率范圍內(nèi)對電磁波進(jìn)行裁剪而引起了廣泛關(guān)注。IRS就像一面鏡子，它通過智能地調(diào)整每個反射單元的反射相移來積極地將反射信號對準(zhǔn)所需要的接收機(jī)。在過去的幾年中，IRS作為一種革命性的技術(shù)被提出，它能夠通過重新配置無線傳播環(huán)境來提高無線通信系統(tǒng)的性能。IRS受到學(xué)者青睞的原因主要包含兩個方面，一方面，IRS在不使用任何功率放大器的情況下放大和轉(zhuǎn)發(fā)入射信號，而是通過巧妙地設(shè)計每個反射單元所應(yīng)用的相移，來構(gòu)造性地結(jié)合每個反射信號。很容易發(fā)現(xiàn)，由于沒有使用放大器，IRS將消耗比傳統(tǒng)的放大和轉(zhuǎn)發(fā)(AF)中繼收發(fā)機(jī)少得多的能量。因此，可以預(yù)見IRS可以作為一種綠色和經(jīng)濟(jì)有效的方案來提高未來蜂窩網(wǎng)絡(luò)的頻譜和能源效率。另一方面，IRS是低剖面的，可以實際制作成適形的安裝在任意形狀的表面上，以滿足不同的應(yīng)用場景。所有這些令人矚目的優(yōu)勢促使許多學(xué)者關(guān)注IRS的研究。

大多數(shù)之前的工作集中在單小區(qū)的場景，沒有考慮相鄰小區(qū)間的交互。眾所周知，當(dāng)多個用戶被不同的分布在鄰近地區(qū)的BS服務(wù)時，干擾是一個不可忽略的因素，因此研究IRS輔助的多小區(qū)系統(tǒng)的波束成形技術(shù)是很有意義的。然而，在目前的文獻(xiàn)中，只有少數(shù)的工作考慮到多小區(qū)通信。本文考慮了一個IRS輔助的多小區(qū)MISO系統(tǒng)，其中部署了一個IRS輔助多小區(qū)通信和抑制小區(qū)間干擾。這里構(gòu)建的問題是非凸的，如何有效的實現(xiàn)該系統(tǒng)的聯(lián)合波束成形，是需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對以上不足，提供一種基于逐次逼近的智能表面MISO系統(tǒng)聯(lián)合波束成形方法，來解決如何有效的實現(xiàn)該系統(tǒng)的聯(lián)合波束成形的問題。

第一方面，本發(fā)明提供一種基于逐次逼近的智能表面MISO系統(tǒng)聯(lián)合波束成形方法，其特征在于在滿足BS的單個發(fā)射功率約束和IRS的反射約束的條件下，通過聯(lián)合優(yōu)化BS的傳輸波束成形向量w_k和IRS的反射波束成形向量θ，基于AO框架以及逐次逼近方法最大化MISO系統(tǒng)中所有用戶的和速率，所述和速率R表示為：

其中，θ＝[θ₁,θ₂,......,θ_n,.......,θ_N]^H，滿足常數(shù)模約束表示入射信號的相移，β_n＝1，表示反射振幅；

表示MISO系統(tǒng)中BS或用戶的集合；

表示在IRS處反射單元的集合；

P_k表示第k個BS的最大功率預(yù)算；

w_k∈C^M×1。