[發(fā)明專利]IRS輔助MIMO系統(tǒng)的優(yōu)化方法、存儲介質(zhì)及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111423304.5
• 申請日: 2021-11-26
• 公開（公告）號: CN114039632B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王亞軍;史創(chuàng)奇
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/0426
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種IRS輔助MIMO系統(tǒng)的優(yōu)化方法、存儲介質(zhì)及系統(tǒng)，其中方法包括如下步驟：S1：設(shè)定基站配置數(shù)據(jù)，定義用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)射天線數(shù)N、信號向量S_N、直接和間接信道，以及反射相移θ_i∈[0,2π],i＝1,2,…N_r，N_r為IRS的無源反射元件數(shù)量；S2：定義系統(tǒng)有效信道H_eff：S3：以發(fā)射端和接收端之間空間路徑的總增益最大為準(zhǔn)則，以系統(tǒng)傳輸效率最大化為目標(biāo)函數(shù)建立優(yōu)化問題模型；S4：對優(yōu)化問題模型進(jìn)行簡化，并采用半定松弛法放松優(yōu)化問題模型的約束條件；S5：采用線性ADMM算法求解優(yōu)化問題模型，將目標(biāo)函數(shù)用泰勒展開近似替代，消除其中一個變量的迭代過程中矩陣的逆運(yùn)算。上述優(yōu)化方法，可以顯著降低算法的復(fù)雜度，從而提高數(shù)據(jù)傳輸效率，降低發(fā)射端功率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別涉及一種IRS輔助MIMO系統(tǒng)的優(yōu)化方法、存儲介質(zhì)及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著移動無線通信、互聯(lián)網(wǎng)和多媒體的發(fā)展以及大數(shù)據(jù)時代的到來，人們對移動無線通信系統(tǒng)在帶寬、峰值速率、平均吞吐量和延時等方面又提出了新的要求。如何在有限的無線資源(頻譜、發(fā)射功率等)下提供安全高效、高質(zhì)量的移動無線通信是一個非常具有實際意義的課題。智能反射面(IRS)通信與預(yù)編碼技術(shù)的提出，為尋找上述問題解決方案提供了一條全新的路徑。現(xiàn)有的適用于IRS輔助的MIMO系統(tǒng)的波形束成形優(yōu)化方法，算法復(fù)雜度較高，導(dǎo)致所需發(fā)射功率較高，傳輸效率降低。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提出一種IRS輔助MIMO系統(tǒng)的優(yōu)化方法，可以降低優(yōu)化算法的復(fù)雜度，降低發(fā)射功率，提高傳輸效率，更便于應(yīng)用在實際工程中。

本發(fā)明的另一目的是提出一種可以實施上述優(yōu)化方法的系統(tǒng)，及存儲有上述優(yōu)化方法實例化的計算機(jī)程序的存儲介質(zhì)。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的IRS輔助MIMO系統(tǒng)的優(yōu)化方法，包括如下步驟：

S1：設(shè)定基站配置數(shù)據(jù)，定義用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)射天線數(shù)N、信號向量S_N、直接和間接信道，以及反射相移θ_i∈[0,2π],i＝1,2,...N_r，N_r為IRS的無源反射元件數(shù)量；

S2：定義系統(tǒng)有效信道H_eff：

S3：以發(fā)射端和接收端之間空間路徑的總增益最大為準(zhǔn)則，以系統(tǒng)傳輸效率最大化為目標(biāo)函數(shù)建立優(yōu)化問題模型；

S4：對優(yōu)化問題模型進(jìn)行簡化，并采用半定松弛法放松優(yōu)化問題模型的約束條件；

S5：采用線性ADMM算法求解優(yōu)化問題模型，將目標(biāo)函數(shù)用泰勒展開近似替代，消除其中一個變量的迭代過程中矩陣的逆運(yùn)算。其目的在于降低ADMM算法的計算復(fù)雜度，以利于工程實現(xiàn)。

進(jìn)一步的，所述步驟S3中，建立的優(yōu)化問題模型如下：

s.t.Θ＝β·diag(v^*)

|v(i)|＝1,i＝1,2,...,N_r

式中，且與IRS的反射矩陣v相互獨立，H_r為IRS到接收端的信道，M為發(fā)射端到IRS的信道，v(i)為反射矩陣v中的第i項，H_d為發(fā)射端到接收端的信道，N_b為接收端的天線數(shù)，β為每個反射元件的振幅。

進(jìn)一步的，所述步驟S4包括：

S4.1：令應(yīng)用引入相關(guān)矩陣T到所述步驟S3中的優(yōu)化問題模型中：