[发明专利]基于智能反射表面辅助通信系统无源波束赋形优化方法

说明书

本发明公开了一种基于智能反射表面辅助通信系统无源波束赋形优化方法，步骤如下：S1、用户顺序发送OFDM训练符号，基站根据智能反射表面反射状态和用户发送的OFDM训练符号渐进式估计并储存与智能反射表面相关联的信道频率响应；S2、基站利用已获得的信道频率响应，通过平衡不同子载波和不同接收天线上的接收信号功率来构造无源波束赋形的优化问题，以使数据传输的平均可达率最大化；S3、针对优化问题非凸的目标函数，为了使数据传输的平均可达率最大，转向使信道增益和最大化，重新构造优化问题；S4、为了降低新优化问题的计算复杂度，利用时域中能量最强的信道抽头得到次优解；S5、将优化结果反馈给智能反射表面的控制器。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于可重构智能反射表面辅助的正交频分复用无线通信系统无源波束赋形优化方法。

背景技术

可重构智能反射表面(RIS)是一种全新的革命性技术，它通过由大量低成本无源反射单元组成的平面智能地重构无线传输环境，显著提高无线通信网络的性能。具体地说，智能反射表面每个单元可以独立改变入射信号的振幅和相位，从而协同实现细粒度的三维波束赋形。由于智能反射表面不使用射频链这种成本高能耗大的器件，并且工作距离短，成本低、能耗低，因此可以密集部署，并且可以根据不同的应用场景，安装在不同的建筑物表面。

在现有的智能反射表面辅助无线通信系统中，一种新的自适应传输协议被提出，其中每个传输帧被分为多个子帧以同时执行渐进信道估计和无源波束赋形。特别地，在信道训练期间，智能反射表面起到两个作用：嵌入训练反射状态以进行渐进式信道估计，以及执行无源波束赋形以在数据承载子载波上进行数据传输。其中，基于对每个子帧中的信道状态信息(CSI)的估计，通过设计智能反射表面处的无源波束赋形来制定优化问题，以使数据传输平均可达率最大化。这需要平衡不同子载波和不同接收天线上的接收信号功率。但是由于所提出的问题是非凸的，难以得到最佳求解，因此，目前亟待提出一种低复杂度的高效算法，通过利用时域中能量最强的信道抽头对其进行次优化求解。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于智能反射表面辅助通信系统无源波束赋形优化方法，该无源波束赋形优化方法在智能反射表面辅助无线通信系统中，基于对每个子帧中的信道状态信息的估计，针对无源波束赋形优化问题提出了一种基于最强抽头最大化的低复杂度算法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于智能反射表面辅助通信系统无源波束赋形优化方法，应用于具有智能反射表面辅助的OFDM无线通信系统，该无线通信系统包括至少一个具有K个发射天线的基站、至少一个智能反射表面、一个智能反射表面控制器和一个用户，智能反射表面具有M₀个元素单元，该M₀个元素单元被分为η组，其中每组单元反射信道具有强相关性，所述无源波束赋形优化方法包括以下步骤：

S1、用户顺序发送OFDM训练符号，基站根据智能反射表面反射状态和用户发送的OFDM训练符号渐进式估计并储存与智能反射表面相关联的信道频率响应其中d为用户到基站直达链路的信道频率响应，g_i为与第i个智能反射表面相关联的用户-智能反射表面-基站级联链路的信道频率响应，为与第i个智能反射表面相关联的用户-智能反射表面-基站级联链路的剩余汇总信道频率响应；

S2、基站利用已获得的信道频率响应，通过平衡不同子载波和不同接收天线上的接收信号功率来构造无源波束赋形的优化问题：

以使数据传输的平均可达率C(θ⁽ⁱ⁾)最大化。