[发明专利]基于逐次逼近的智能表面MISO系统联合波束成形方法

说明书

本发明公开了基于逐次逼近的智能表面MISO系统联合波束成形方法，属于多小区多用户MIMO通信技术领域，要解决的技术问题为如何有效的实现该系统的联合波束成形。该方法为在满足BS的单个发射功率约束和IRS的反射约束的条件下，通过联合优化BS的传输波束成形向量w_k和IRS的反射波束成形向量θ，基于AO框架以及逐次逼近方法最大化MISO系统中所有用户的和速率。

技术领域

本发明涉及多小区多用户MIMO通信技术领域，具体地说是基于逐次逼近的智能表面MISO系统联合波束成形方法。

背景技术

随着物联网和人工智能等新兴应用的发展，对第五代(5G)及5G以上的蜂窝网络提出了大量具有各种服务质量(QoS)的无线设备的需求。高数据传输速率，低延迟，高效节能，低成本，增加的系统容量和大规模设备连接对未来的通信系统至关重要。

为了实现即将到来的通信网络的性能，许多无线通信技术被提出和深入研究，包括超密集网络(UDN)、大规模多输入多输出(MIMO)和毫米波(mmWave)通信。虽然上述技术显著提高了无线通信系统的频谱和能源效率，但在实际系统中的网络能耗和硬件成本仍然是关键问题。为了降低能耗和硬件成本，近年来提出了智能反射面(IRS)，并且由于其能在从微波到可见光的宽频率范围内对电磁波进行裁剪而引起了广泛关注。IRS就像一面镜子，它通过智能地调整每个反射单元的反射相移来积极地将反射信号对准所需要的接收机。在过去的几年中，IRS作为一种革命性的技术被提出，它能够通过重新配置无线传播环境来提高无线通信系统的性能。IRS受到学者青睐的原因主要包含两个方面，一方面，IRS在不使用任何功率放大器的情况下放大和转发入射信号，而是通过巧妙地设计每个反射单元所应用的相移，来构造性地结合每个反射信号。很容易发现，由于没有使用放大器，IRS将消耗比传统的放大和转发(AF)中继收发机少得多的能量。因此，可以预见IRS可以作为一种绿色和经济有效的方案来提高未来蜂窝网络的频谱和能源效率。另一方面，IRS是低剖面的，可以实际制作成适形的安装在任意形状的表面上，以满足不同的应用场景。所有这些令人瞩目的优势促使许多学者关注IRS的研究。

大多数之前的工作集中在单小区的场景，没有考虑相邻小区间的交互。众所周知，当多个用户被不同的分布在邻近地区的BS服务时，干扰是一个不可忽略的因素，因此研究IRS辅助的多小区系统的波束成形技术是很有意义的。然而，在目前的文献中，只有少数的工作考虑到多小区通信。本文考虑了一个IRS辅助的多小区MISO系统，其中部署了一个IRS辅助多小区通信和抑制小区间干扰。这里构建的问题是非凸的，如何有效的实现该系统的联合波束成形，是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上不足，提供一种基于逐次逼近的智能表面MISO系统联合波束成形方法，来解决如何有效的实现该系统的联合波束成形的问题。

第一方面，本发明提供一种基于逐次逼近的智能表面MISO系统联合波束成形方法，其特征在于在满足BS的单个发射功率约束和IRS的反射约束的条件下，通过联合优化BS的传输波束成形向量w_k和IRS的反射波束成形向量θ，基于AO框架以及逐次逼近方法最大化MISO系统中所有用户的和速率，所述和速率R表示为：

其中，θ＝[θ₁,θ₂,......,θ_n,.......,θ_N]^H，满足常数模约束表示入射信号的相移，β_n＝1，表示反射振幅；

表示MISO系统中BS或用户的集合；

表示在IRS处反射单元的集合；

P_k表示第k个BS的最大功率预算；

w_k∈C^M×1。