[发明专利]一种智能反射表面辅助的太赫兹通信系统设计方法

权利要求书

1.一种智能反射表面辅助的太赫兹通信系统设计方法，其特征在于，所述通信系统包括装配有N_BS个天线的基站、由N_IRS个反射阵元构成的智能反射表面和装配有N_MS个天线的移动用户端，基站通过智能反射表面将信号发送到移动用户端，太赫兹波在整个无线传输路径中只被智能反射表面反射一次，则基站端发射N_s条数据流给移动用户端时，移动用户接收到的信号向量为

其中，表示基站与智能反射表面之间的信道矩阵，表示移动用户端与智能反射表面之间的信道矩阵，ρ表示平均接收功率，表示噪声向量并且服从(0,δ²)的高斯分布，表示混合预编码矩阵，表示智能反射表面的相位偏转矩阵，对于N_IRS×N_IRS维的对角矩阵Φ，表示IRS反射阵元的反射系数，表示每一阵元对波束的相位偏转；

移动用户采用N_s条射频链以及与射频链相连的模拟移相器对接收信号y₁进行处理，处理后的信号为

其中表示混合联合矩阵，由模拟联合矩阵和数字联合矩阵两部分构成；

以最大化该智能反射表面辅助的太赫兹通信系统的下行传输数据速率为目标，其中等效信道矩阵H_e＝H₂ΦH₁，为N_s×N_s维的单位矩阵，δ²为信道噪声功率，联合优化基站端的预编码矩阵F，智能反射表面的相位矩阵Φ，以及用户端的解码矩阵W，建立目标函数如下：

(Φ^opt,W^opt,F^opt)＝argmaxR,

其中，第一个约束是由智能反射表面的通信模型所决定的，第二个约束是由智能反射表面阵元相位的离散化性质决定的，即每一阵元的相位偏转属于某一离散相位集合第三个约束为归一化发送功率限制；

所述目标函数的求解方法为：

S1、初始化：

智能反射表面相位向量是由相位矩阵Φ提取主对角元构成的列向量；常量矩阵是由信道矩阵H₁和H₂唯一确定的常量矩阵；向量计数次数i＝0，终止迭代次数I；

S2、若满足i≤I，则进入步骤S3；否则，进入步骤S9；

S3、计算梯度向量其中

S4、计算步长其中

S5、更新相位向量

S6、更新函数值

S7、如果当前函数值则进行操作：

S8、迭代次数i＝i+1，返回步骤S2；

S9、将得到的最优连续相位矩阵Φ^opt对角元素分别映射到离散相位集合中离散相位最近的值，映射后的离散相位矩阵仍记为Φ^opt；

S10、计算等效信道H_e＝H₂Φ^optH₁；

S11、奇异值分解信道矩阵：H_e＝UΛV^H，

S12、得到联合码W^opt＝U[:,1:N_s]，预编码F^opt＝V₁[:,1:N_s]；

S13、返回最优预编码F^opt，最优联合码W^opt，最优智能反射表面相位矩阵Φ^opt。