[發明專利]一種智能反射面輔助認知無線電系統資源分配優化方法

在審

• 申請號: 202210446428.3
• 申請日: 2022-04-26
• 公開（公告）號: CN114828258A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 王保云;杜昊
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W72/08
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 張玉紅

本發明是一種智能反射面輔助認知無線電系統資源分配優化方法，包括如下步驟：步驟1：在認知無線電系統中建立系統模型，部署智能反射面，將基站發送信號反射到次要用戶端；步驟2：通過系統模型得到次要用戶接受信號的表達式，進行下一步的分析；步驟3：根據接受信號的表達式，寫出信干噪比表達式，并且寫次要用戶的能量效率與頻譜效率表達式；步驟4：根據次要用戶的能量效率約束、次要基站的最大的發送功率約束，智能反射面無源波束成形相移約束和次網絡對主網絡干擾約束，建立相移矩陣聯合優化問題；步驟5：采取基于交替優化方法解決優化問題。本發明通過最大化次網絡中用戶頻譜效率同時使得次網絡中用戶的速率最大化，并且所提方案實現了對主網絡用戶性能的顯著提升。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，具體的說是涉及一種智能反射面輔助的多用戶認知無線電系統的聯合優化資源分配優化方法。

背景技術

無線電頻譜是無線通信系統中的一種有限資源。在過去的幾十年中，大多數可用頻譜已獲得許可以提供高數據速率通信服務。這導致了第五代及以后無線通信系統的頻譜稀缺問題。另一方面，對實際頻譜利用的測量表明，大量許可頻譜未被充分利用。作為提高頻譜效率的一種補救措施，采用認知無線電(CR)技術的通信系統已經成為一種有前途的范例，可以為無執照的輔助系統提供通信服務，而不會嚴重降低主網絡的系統性能。

智能反射面(IRS)輔助的認知無線電通信系統作為一種有前途的方法為第五代及以后的無線通信系統提供具有成本效益和功率效率的高數據速率通信服務。為了改善傳播環境并提高通信質量，智能反射面技術引起了廣泛的關注。智能反射面可以通過反射信號繞過障礙物以增強用戶接受的信號，智能反射面是由多個可重構反射元素組成，智能反射面中的每個元素都可以通過可控的相移來反射入射信號，通過共同調整所有元素的相移，以實現所需接收器上來自不同傳輸路徑的信號相位對準，這稱為智能反射面的波束成形，從而增強信號和提高可達速率。與傳統中繼相比，智能反射面僅反射從發射機到接收機的信號，不會引起額外的接收噪聲，反射面成本低廉，可普遍部署在建筑物外墻中以協助通信。

通過巧妙地配置IRS，可以積極地操縱無線信道，從而在資源分配中提供了高度的靈活性。此外，根據需要，反射信號可以以破壞性或建設性的方式與未反射信號組合，以抑制有害干擾或增強所需信號功率強度，從而在不部署其他昂貴且耗能的通信基礎架構的情況下提高系統性能。在認知無線電網絡中，將智能反射面的反射相移和基站發送波束聯合優化可進一步提升通信系統各方面的性能。因此，想要使用戶速率達到理想性能，研究智能反射面輔助認知無線電系統中資源分配方法是很有必要的。

發明內容

為了解決現有技術中智能反射面輔助多用戶認知網絡(CR)通信應用場景，在在次網絡存在障礙物的情況下，次要網絡中用戶無法達到最佳的傳輸速率的技術缺陷，本發明通過部署智能反射面可以顯著提升系統的性能，增加次要用戶的速率，并且本發明提供了一種智能反射面(IRS)輔助的多用戶認知無線電(CR)系統的資源分配方法，聯合優化基站(BS)上的波束成形矢量和IRS上的相移矩陣，以使次要系統的總速率最大化。

為了達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明是一種智能反射面輔助認知無線電系統資源分配優化方法，該聯合優化方法基于智能反射面輔助認知無線電系統，所述通信系統的主網絡包括一個多天線基站以及M個單天線用戶，用戶集合為M∈{1,2,...,M},次網絡包括一個多天線基站以及K個單天線用戶，用戶集合為K∈{1,2,...,K}。次網絡中次要用戶與基站之間有障礙物，無法直接通信，通過智能反射面進行通信，同時提高次要用戶的接收速率。

優化方法具體包括如下步驟：