[發明專利]一種基于協作關系的智能反射面通信增強方法

有效

• 申請號: 202110508035.6
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113225758B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: 謝卓辰;韓博宇;梁旭文;杜旭;賀曉赫
• 申請（專利權）人: 中國科學院微小衛星創新研究院;上海微小衛星工程中心
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W24/06
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 李鏑的

1.一種基于協作關系的智能反射面通信增強方法，其特征在于包括下列步驟：

構造通信系統，所述通信系統包括：

基站，其用于發射信號；

第一智能反射面，其用于接收基站發射和第二智能反射面反射的信號、疊加增強信號以及反射信號；

第二智能反射面，其用于接收基站發射和第一智能反射面反射的信號、疊加增強信號以及反射信號；以及

用戶，其用于接收信號；

構造通信信道矩陣，所述通信信道矩陣表示所述通信系統中的通信信道：

根據所述通信信道矩陣將通信增強過程構造為光滑非凸優化問題；以及

通過內點優化求解器求解所述光滑非凸優化問題；

其中所述基站包括m個天線；所述第一智能反射面包括n₁個無源反射元件；所述第二智能反射面包括n₂個無源反射元件；以及所述用戶包括1個天線；

所述通信信道矩陣包括：

第一信道矩陣G₁，其維度為n₁×m，表示從基站到第一智能反射面的信道；

第二信道矩陣G₂，其維度為n₂×m，表示從基站到第二智能反射面的信道；

第三信道矩陣Q₂，其維度是n₂×n₁，表示從第一智能反射面到第二智能反射面的信道；

第四信道矩陣Q₁，其維度是n₁×n₂，表示從第二智能反射面到第一智能反射面的信道；

第五信道矩陣H₁，其維度是1×n₁，表示從第一智能反射面到用戶的信道；以及

第六信道矩陣H₂，其維度是1×n₂，表示從第二智能反射面到用戶的信道；

根據所述通信信道矩陣將通信增強過程構造為光滑非凸優化問題包括下列步驟：

構造移相矩陣，包括：

構造第一移相矩陣Φ₁，其維度是n₁×n₁，表示第一智能反射面對信號的反射；以及

構造第二移相矩陣Φ₂，其維度是n₂×n₂，表示第二智能反射面對信號的反射；

計算第一信號功率P₁，其表示用戶接收的反射自第一智能反射面的信號的功率；以及計算第二信號功率P₂，其表示用戶接收的反射自第二智能反射面的信號的功率，如下式所示：

M₁＝Φ₁(G₁+Q₁M₂)，

M₂＝Φ₂(G₂+Q₂M₁)，

其中，發射信號矩陣x表示基站的發射信號、其維度是m×1，第一中間變量矩陣M₁表示移相矩陣Φ₁與第一智能反射面接收到的總信號信道乘積、其維度是n₁×m，以及第二中間變量矩陣M₂表示移相矩陣Φ₂與第二智能反射面接收到的總信號信道乘積，其維度是n₂×m；以及

將通信增強過程表示為計算用戶接收的信號的最大值，如下式所示：

s.t.M₁＝Φ₁(G₁+Q₁M₂)

M₂＝Φ₂(G₂+Q₂M₁)；

將所述發射信號矩陣x構造為常量，以將第一信號功率P₁表示為第一功率標量Z₁以及將第二信號功率P₂表示為第二功率標量Z₂，如下式所示：

以及

根據第一功率標量Z₁以及第二功率標量Z₂將通信增強過程構造為第一光滑非凸優化問題，表示為下式：

s.t.M₁＝Φ₁(G₁+Q₁M₂)

M₂＝Φ₂(G₂+Q₂M₁)；

所述第一移相矩陣Φ₁表示為下式：

以及

所述第二移相矩陣Φ₂表示為下式：

其中，θ_i，k∈[0，π]表示第i個智能反射面第k維入射信號的相移量；

通過內點優化求解器求解所述光滑非凸優化問題包括下列步驟：

進行矩陣實虛部拆分，包括拆分第一信道矩陣G₁、第二信道矩陣G₂、第三信道矩陣Q₂、第四信道矩陣Q₁、第五信道矩陣H₁、第六信道矩陣H₂、第一移相矩陣Φ₁、第二移相矩陣Φ₂、第一中間變量矩陣M₁以及第二中間變量矩陣M₂，如下式所示：

G₁＝G_1r+jG_1i?G₂＝G_2r+jG_2i，

Φ₁＝Φ_1r+jΦ_1i?Φ₂＝Φ_2r+jΦ_2i，

H₁＝H_1r+jH_1i?H₂＝H_2r+jH_2i，

Q₁＝Q_1r+jQ_1i?Q₂＝Q_2r+jQ_2i，

M₁＝M_1r+jM_1i?M₂＝M_2r+jM_2i

其中，下標r表示實部，下標i代表虛部；

將所述進行矩陣實虛部拆分后的矩陣代入所述光滑非凸優化問題中，以將所述第一光滑非凸優化問題進行實虛部拆分，其中將所述第一光滑非凸優化問題實部表示為下式：

M_1r＝Φ_1rG_1r-Φ_1iG_1i+Φ_1rQ_1rM_2r-Φ_1rQ_1iM_2i-Φ_1iQ_1iM_2r-Φ_1iQ_1rM_2i，

M_2r＝Φ_2rG_2r-Φ_2iG_2i+Φ_2rQ_2rM_1r-Φ_2rQ_2iM_1i-Φ_2iQ_2iM_1r-Φ_2iQ_2rM_1i；以及

將所述第一光滑非凸優化問題虛部表示為下式：

M_1i＝Φ_1iG_1r+Φ_1rG_1i+Φ_1iQ_1rM_2r-Φ_1iQ_1iM_2i+Φ_1rQ_1iM_2r+Φ_1rQ_1rM_2i，

M_2i＝Φ_2iG_2r+Φ_2rG_2i+Φ_2iQ_2rM_1r-Φ_2iQ_2iM_1i+Φ_2rQ_2iM_1r+Φ_2rQ_2rM_1i；

基于虛實部拆分將所述第一光滑非凸優化問題表示為第二光滑非凸優化問題，如下式所示：

以及通過內點優化求解器求解所述第二光滑非凸優化問題。