[发明专利]一种智能反射面MISO无线通信系统的信道容量优化方法

权利要求书

1.一种智能反射面MISO无线通信系统的信道容量优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立智能反射面MISO无线通信系统模型；所述系统中智能反射面上的无源可重构单元各自独立地引起入射信号的相移，反射信号的方向随之改变；所述系统收发端间的信道分为三个子信道；

(2)使用波束赋形发射策略表征信道容量，建立信道容量优化数学模型；所述信道容量与发射波束赋形向量v及反射矩阵Φ有关，并将信道容量优化描述为问题(P1)；

(3)将问题(P1)分解为优化发射波束赋形向量v和优化反射矩阵Φ两个子优化问题，得出v和Φ的最优解；

(4)对两个子优化问题进行交替迭代优化直到收敛，此时的Φ为最优反射矩阵，从而得到问题(P1)的最终优化结果；

步骤(2)所述的问题(P1)为：

(P1)：

s.t.tr(v^Hv)≤P (6)

v^Hv≥0 (7)

||v||＝1 (8)

Φ＝diag(α₁,...,α_m,...,α_M) (9)

|α_m|＝1,m＝1,...,M (10)

其中，Φ为反射矩阵，α_m为反射系数，M为智能反射面单元个数，v为发射波束赋形向量，h为发射端到接收端之间的有效信道矩阵，σ²为噪声复信号的方差，P为发射信号功率；

步骤(3)所述的v的最优解为：

其中，Q为发射信号的协方差矩阵；

步骤(3)所述的Φ最优解获取过程如下：

对于给定的v，得到子问题(P3)：

(P3):

s.t.(9)-(10)

定义计算|hv^H|²：

其中，定义一个(M+1)×(M+1)的矩阵R：

通过引入辅助变量t，则式(15)简化为：

其中，t满足|t|＝1，定义其中W_M+1,M+1＝tt^H＝|t|²＝1，W为半正定且秩为1，则(P3)变为：

(P4):

s.t.W_m,m＝1,m＝1,...,M+1 (19)

W≥0 (20)

rank(W)＝1 (21)

由于式(21)中的秩约束非凸，因此应用半定松弛方法丢掉式(21)得到一个半定规划问题，即：

(P5):(18)

s.t.(19)-(20)

使用CVX解决(P5)，并使用高斯随机化来满足(P4)中式(21)的秩约束。