[發(fā)明專利]一種提升邊緣速率的智能反射表面輔助多小區(qū)下行傳輸設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110335355.6
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113098575B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設計）人: 李瀟;羅才洪;金石
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456;H04B7/06;H04B7/145
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

1.一種提升邊緣速率的智能反射表面輔助多小區(qū)下行傳輸設計方法，其特征在于：該方法針對以下系統(tǒng)：系統(tǒng)中總共有K個小區(qū)，每個小區(qū)中存在1個單天線用戶不能被該小區(qū)的基站信號覆蓋，需要通過智能反射表面提供服務；各小區(qū)的基站均采用包含M個天線陣元的均勻線性天線陣；智能反射表面采用均勻平面天線陣，共有N個反射單元，其中垂直方向L行反射單元，水平方向每行P個反射單元；各小區(qū)基站僅已知其與智能反射表面之間的統(tǒng)計信道信息，智能反射表面僅已知其與各小區(qū)用戶之間以及各小區(qū)基站與其之間的統(tǒng)計信道信息；

所述方法包括以下步驟：

步驟一，各小區(qū)基站k利用已知的其與智能反射表面之間的統(tǒng)計信道信息，分別計算其對本小區(qū)內用戶的預編碼向量w_k；其中，k＝1,…,K；

其中，各小區(qū)基站k與智能反射表面之間的統(tǒng)計信道信息包括：基站k與智能反射表面之間信道的萊斯因子α_k，基站k與智能反射表面之間信道的大尺度衰落ρ_k，基站k與智能反射表面之間信道的直射徑分量其中，N表示智能反射表面的反射單元數(shù)，其垂直方向包括L行反射單元，水平方向每行P個反射單元，e為自然常數(shù)，j為虛部單位，π為圓周率，表示基站k與智能反射表面間直射徑垂直方向波到達角，θ_k表示基站k與智能反射表面間直射徑的水平方向波到達角，d為智能反射表面上相鄰反射單元間距，λ為載波波長，上標(·)^H代表共軛轉置，符號代表克羅內克積，M表示每個基站的發(fā)射天線數(shù)，表示基站k與智能反射表面間直射徑的水平方向波離開角，d_k為基站k的天線陣列上相鄰天線單元間距，其中k＝1,…,K；

通過下式計算基站k預編碼向量：

步驟二，基站僅已知其與智能反射表面間統(tǒng)計信道狀態(tài)信息，并利用其設計預編碼矩陣；智能反射表面利用已知的其與各小區(qū)用戶之間的統(tǒng)計信道信息，以及各小區(qū)基站與智能反射表面之間的統(tǒng)計信道信息，以最大化最小用戶速率為目標設計得到反射系數(shù)矩陣

其中，智能反射表面與各小區(qū)用戶之間的統(tǒng)計信道狀態(tài)信息包括：智能反射表面與第k個小區(qū)用戶間信道的直射徑分量萊斯因子β_k及大尺度衰落ψ_k，其中k＝1,…,K；各小區(qū)基站與智能反射表面之間的統(tǒng)計信道信息與步驟一中所述各小區(qū)基站與智能反射表面之間的統(tǒng)計信道信息相同；

通過以下步驟設計得到反射系數(shù)矩陣：

步驟b1，設置循環(huán)收斂門限ξ，初始化循環(huán)迭代次數(shù)r＝1，設置內循環(huán)最大迭代次數(shù)T，設置恒定步長ε，隨機初始化反射系數(shù)矩陣的迭代初始值滿足Φ⁽⁰⁾為對角元素模值均為1的對角陣；

步驟b2，令內循環(huán)迭代次數(shù)t＝1，初始化向量的迭代初始值其中為矩陣Φ^(r-1)的第n個對角元，上標(·)^T代表轉置；

步驟b3，計算第t次迭代時最大的函數(shù)值f_k(η^(t))所對應的索引其中f_k(η^(t))的定義式為：

其中

其中，p_k為第k個基站的發(fā)送功率，diag{·}表示以括號中矢量為對角元的對角陣，為第k個用戶接收的噪聲功率，其中k＝1,…,K；

步驟b4，計算其中為函數(shù)的梯度，其中unit(·)表示對向量中的每個元素的模值進行歸一化；

步驟b5，令t＝t+1，判斷t≤T是否成立，若成立則回到步驟b3，否者執(zhí)行步驟b6；

步驟b6，計算中最小的函數(shù)值所對應的索引

步驟b7，令Φ^(r)＝diag{η^(x)}；

步驟b8，判斷下式是否成立：

其中

其中，j＝1,…,K，k＝1,…,K；

若不成立，則令r＝r+1，并回到步驟b2，否則結束計算，輸出w_k作為基站的預編碼向量，其中k＝1,…,K，輸出Φ^(r)作為智能反射表面的反射系數(shù)矩陣。