[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

本發明公開了一種智能反射面OFDM系統的低開銷反射波束優化方法，包括：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；引入輔助變量t，將初始優化問題等價轉化為最小化問題；根據最小化問題，獲取適用于MM算法的目標函數的上界；利用MM算法，迭代求解以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；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。相對于現有基于序貫凸近似的迭代優化方法，本發明能夠顯著降低算法計算復雜度，利于工程實現。

技術領域

本發明涉及OFDM通信系統中的反射波束優化技術，特別是涉及一種智能反射面OFDM系統的低開銷反射波束優化方法。

背景技術

智能反射面是一種新興的用于動態調整傳播環境的技術，在節約成本和能耗的同時又提升了系統性能。它是一種由大量具有可重構參數的幾乎無源的低成本反射元件組成的平面陣列，借助于智能控制器，智能反射面中的每個元件獨立地對入射電磁波進行反射，通過巧妙地調整各個元件的反射系數，智能反射面可以實現很多功能。例如，當用戶到基站的傳播鏈路被障礙物阻塞時，通過部署智能反射面人為地引入高質量的反射鏈路，可以通過該反射鏈路實現與阻塞用戶的通信；此外，可以通過將反射面的無源反射波束指向指定用戶，在該用戶附近創造信號熱點，顯著提升該用戶接收到的信號能量；也可以通過無源反射波束賦形實現用戶處的干擾消除，大大降低用戶接收到的干擾信號的功率等。總之，智能反射面已經成為新一代移動通信系統中的一項關鍵技術。

智能反射面的無源波束優化已經成為了現今一個熱門的研究方向，其在一般場景下的優化問題往往具有非凸性從而導致難以直接求解，尋找一種可行的且復雜度較低的智能反射面反射波束優化方法成為亟待解決的問題。對于智能反射面OFDM系統，現有基于SCA的反射波束優化方法需要在每次迭代中求解一個凸優化問題，具有較高的計算復雜度。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種智能反射面OFDM系統的低開銷反射波束優化方法，用以解決背景技術中提交的技術問題。該方法能針對智能反射面輔助的OFDM系統，通過一種低開銷的優化方案來設計智能反射面反射波束，最大化系統的多載波可達信息傳輸速率。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種智能反射面OFDM系統的低開銷反射波束優化方法，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。

進一步的，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 (2)