[發明專利]一種智能反射面OFDM系統的低開銷反射波束優化方法

有效

• 申請號: 202110863550.6
• 申請日: 2021-07-29
• 公開（公告）號: CN113596860B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 沈弘;何振耀;許威;趙春明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04W16/28
• 分類號: H04W16/28;H04W24/02;H04W24/06
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 孫峰

1.一種智能反射面OFDM系統的低開銷反射波束優化方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟S1、構建初始優化問題，在該初始優化問題中，以最大化OFDM系統的信息傳輸速率為優化目標，且以智能反射面元件反射系數恒模為約束；

步驟S2、引入輔助變量t，將所述步驟S1中構建的初始優化問題等價轉化為最小化問題；

步驟S3、根據步驟S2中確定的最小化問題，獲取適用于MM算法的目標函數的上界；

步驟S4、利用所述MM算法，迭代求解以所述步驟S3中確定的上界為目標函數的替代優化問題，并且在每次迭代中得到閉合形式的解；

步驟S5、當系統的可達信息傳輸速率收斂后，得到最優的智能反射面無源反射波束；

其中，在所述步驟S3中，所述適用于MM算法的目標函數的上界，表達式為：

在公式(1)中，是采用MM算法在第i-1次迭代中求解得到的的最優解，||·||為矢量的二范數，Re{·}表示取復數的實部；其中，α，ρ和γ的表達式為：

在所述步驟S1中，所述初始優化問題的優化目標為：

最大化

所述初始優化問題的約束條件為：

|φ_m|＝1,m＝1,…,M (6)

在公式(5)和公式(6)中，log₂(·)表示以2為底的對數函數，|·|表示取模值，(·)^H表示矩陣的共軛轉置，N表示為OFDM系統的子載波數目，M表示為智能反射面的反射元件數目，p_n表示為基站分配給第n個子載波的傳輸功率，為N×N維DFT矩陣的第n行，g為基站和用戶間的直達鏈路信道，H＝[h₁,…,h_M]，其中是經過智能反射面第m個元件的抽頭數為L_r的反射級聯信道，*表示卷積，h_2,m為智能反射面第m個元件和用戶間的信道，h_1,m為基站和智能反射面第m個元件間的信道，σ²是每個子載波上的噪聲功率，優化變量φ為智能反射面反射系數向量，表示φ的第m個元素，β_m∈[0,1]為其反射幅度，θ_m為反射相位，e為自然底數，j為虛數單位，|φ_m|＝1表示智能反射面反射系數的恒模約束；

在所述步驟S2中，所述最小化問題的優化目標為：

最小化

所述最小化問題的約束條件為：

在公式(7)和公式(8)中，向量優化變量t為引入的輔助變量，滿足|t|＝1，表示的第m個元素。

2.根據權利要求1所述的一種智能反射面OFDM系統的低開銷反射波束優化方法，其特征在于，在所述步驟S4中，在第i次迭代中求解所述替代優化問題，所述替代優化問題的優化目標為：

最小化

所述替代優化問題的約束條件為：

3.根據權利要求2所述的一種智能反射面OFDM系統的低開銷反射波束優化方法，其特征在于，所述替代優化問題具有閉合形式的最優解，表達式為：

在公式(11)中，e為自然底數，j為虛數單位，arg(·)表示取復數的相位角,ρ_m為向量ρ的第m項元素。

4.根據權利要求3所述的一種智能反射面OFDM系統的低開銷反射波束優化方法，其特征在于，在所述步驟S5中，得到最優的智能反射面無源反射波束的表達式為：

在公式(12)中，為迭代收斂后的最優解，表示取向量的前M個元素，表示向量的第M+1個元素。