[發(fā)明專利]基于智能反射面輔助上行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)資源分配方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110318893.4
• 申請(qǐng)日: 2021-03-25
• 公開（公告）號(hào): CN113068262B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱俏楠;高玉蘭;肖悅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W72/04
• 分類號(hào): H04W72/04
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及一種基于智能反射面輔助上行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)資源分配方法。本發(fā)明涉及智能反射面輔助通信系統(tǒng)、李雅普諾夫優(yōu)化理論框架、漂移加懲罰算法等知識(shí)。提出了一種動(dòng)態(tài)選擇智能反射面的方案，在每一幀的開始時(shí)刻，用戶可以選擇某個(gè)IRS來輔助通信或者選擇直接與基站進(jìn)行通信。同時(shí)，研究了該動(dòng)態(tài)系統(tǒng)性能的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和約束的長(zhǎng)期滿足性。此外，采用了基于拉格朗日對(duì)偶變換的分式規(guī)劃方法迭代地優(yōu)化用戶的功率分配和智能反射面的相移。總體上，所提方法有很好的收斂性和有效性。與其他選擇方案相比，所提的選擇方案在能效方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及一種基于智能反射面輔助上行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)資源分配方法。

背景技術(shù)

智能反射面(Intelligent Reflecting Surface，簡(jiǎn)稱IRS)是由大量小的、低成本的、無源的單元組成的平面陣列，每個(gè)單元都可以由無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商通過智能軟件控制器直接控制。通過設(shè)計(jì)每個(gè)單元的形狀、大小、方向、排布，智能反射面可以相應(yīng)地在入射電磁波上獨(dú)立誘導(dǎo)一定的相移來改變其信號(hào)響應(yīng)。實(shí)際中，通過使用PIN二極管(Positive-Intrinsic-Negative diodes，簡(jiǎn)稱PIN)、微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)(Micro-electromechanicalSystems，簡(jiǎn)稱MEMS)等電子元件實(shí)現(xiàn)對(duì)響應(yīng)信號(hào)的實(shí)時(shí)調(diào)整。因此智能反射面具有復(fù)雜度很低的硬件結(jié)構(gòu)，能夠大規(guī)模的實(shí)現(xiàn)。另一方面，與現(xiàn)有的其他技術(shù)相比，如放大轉(zhuǎn)發(fā)(Amplify and Forward，簡(jiǎn)稱AF)，智能反射面在不使用任何功率放大器的情況下轉(zhuǎn)發(fā)入射信號(hào)，不會(huì)產(chǎn)生額外的功率消耗。此外，智能反射面結(jié)構(gòu)通常是低輪廓、輕重量的，使得它可以很容易地嵌入到傳播環(huán)境中，例如，建筑物外墻、天花板、筆記本電腦外殼等，甚至可以被集成到人體服裝上來適應(yīng)空間和時(shí)間變化的無線環(huán)境。

智能反射面輔助通信系統(tǒng)指的是用戶終端設(shè)備或者基站終端通過智能反射面來中繼終端源數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)。智能反射面部署在現(xiàn)有的通信系統(tǒng)中不需要更改系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和硬件，而只需要對(duì)通信協(xié)議進(jìn)行修改即可。通常用于用戶與基站之間的直接鏈路被障礙物嚴(yán)重阻礙或者小區(qū)邊緣用戶收到嚴(yán)重的信道干擾和信道衰減的情況。用戶與部署基站通過智能反射面的反射信號(hào)繞過障礙物，從而在它們之間創(chuàng)建虛擬視線(Line of Sight，簡(jiǎn)稱LoS)鏈路。在多個(gè)智能反射面輔助的通信系統(tǒng)中，用戶可以根據(jù)自己的位置、信道條件、傳輸數(shù)據(jù)等來決定選擇哪一個(gè)智能反射面來輔助通信。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明考慮了多個(gè)智能反射面輔助的上行動(dòng)態(tài)通信系統(tǒng)，提出了用戶動(dòng)態(tài)選擇智能反射面的方案并給出了用于優(yōu)化動(dòng)態(tài)過程的算法。該算法基于李雅普諾夫優(yōu)化框架，能夠通過聯(lián)合優(yōu)化用戶的功率分配和智能反射面的相位信息來提高通信系統(tǒng)整體通信性能的同時(shí)，使系統(tǒng)的性能趨于穩(wěn)定。更具體地說，用戶在變化的通信環(huán)境中移動(dòng)，如信道狀態(tài)、用戶位置、需要傳輸數(shù)據(jù)量等都是時(shí)變的，用戶可以選擇不同的智能反射面來輔助自身通信。借助動(dòng)態(tài)優(yōu)化算法的懲罰機(jī)制，用戶的功率和可達(dá)速率不僅要滿足一定的約束，還要使得系統(tǒng)性能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定。

動(dòng)態(tài)優(yōu)化算法將李雅普諾夫優(yōu)化框架應(yīng)用于智能反射面通信系統(tǒng)中，并且引入相關(guān)的獎(jiǎng)罰機(jī)制以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。具體地，考慮一個(gè)上行的智能反射面輔助通信系統(tǒng)，具有一個(gè)帶有全向天線的基站(Base Station，簡(jiǎn)稱BS)，K個(gè)單天線的用戶，N個(gè)智能反射面，其中每個(gè)智能反射面的單元數(shù)量為M。假設(shè)整個(gè)上行頻譜被劃分為N+1個(gè)相等大小的子頻譜，每個(gè)智能反射面分配到的帶寬為B_n,n∈{1,2,...,N}，基站分配到的帶寬為B_N+1，且各個(gè)帶寬之間相互正交。接入同一智能反射面或者基站的用戶使用相同的帶寬進(jìn)行通信，因此，用戶受到的干擾來自接入同一個(gè)智能反射面或者同時(shí)接入基站的其他用戶的干擾，智能反射面和基站之間相互不存在干擾。

S1、首先制定接入方案，假設(shè)一個(gè)智能反射面可以同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶，而一個(gè)用戶只能選擇一個(gè)智能反射面或者基站接入。用戶根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的位置信息選擇接入的智能反射面，具體為：