[发明专利]一种IRS辅助下行多用户通信系统的相移优化方法

权利要求书

1.一种IRS辅助下行多用户通信系统的相移优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立移动用户的IRS辅助通信系统模型，并基于最优解码矩阵的均方误差矩阵和信道容量之间的关系，以信道容量最大化为目标构建IRS辅助通信系统的信道容量优化模型；

求解信道容量优化模型中最优解码矩阵、辅助矩阵以及预编码矩阵，根据信道容量优化模型及其已知矩阵构建IRS相移优化模型；

采用黎曼信赖域方法对IRS相移优化模型进行求解，获得最佳相移，并将其作为IRS相移矩阵的主对角元素，具体包括：

S100：将IRS相移优化模型中相移约束转换为单位模量约束，获取IRS相移优化模型的流形优化，并将单位模量约束条件构成复圆流形嵌入到搜索空间，迭代求解搜索方向；

S101、采用函数二阶泰勒展开构造信赖域子问题，包括：

约束条件：||η_i||≤Δ_i，

其中，ζ_i表示第i次的迭代点；η_i为第i次迭代的搜索方向；为在S^N上点ζ_i的切空间，其中是由N个单位模量约束条件所形成的乘积复圆流形；f(ζ_i)为第i次迭代时的相移优化目标函数；gradf(ζ_i)为流形上的黎曼梯度；Hessf(ζ_i)[η_i]为f(ζ_i)的黎曼海塞矩阵；a,b表示a与b的内积，Δ_i为信赖域半径；||η_i||为第i次迭代搜索方向的二范数；

求解该子问题获取第i次迭代的搜索方向；

S102、根据搜索方向计算在第i次迭代时的相移优化目标函数实际下降量与根据二次模型函数的预测下降量的比值，表示为：

其中，为点ζ_i经过收缩后的目标函数值；为0向量的二次模型函数值；为搜索方向η_i的二次模型函数值；

S103、根据获取的比值对信赖域进行调整，包括：

其中，Δ_i+1为第i+1次迭代的信赖域半径；为最大信赖域半径，设定为根据搜索方向计算在第i次迭代时的相移优化目标函数实际下降量与根据二次模型函数的预测下降量的比值；||η_i||为第i次迭代搜索方向的二范数；

S104、判断步骤S102计算得到的比值是否大于设定的阈值，若大于，则令否则令ζ_i+1＝ζ_i；

S105、判断||gradf(ζ_i+1)||₂≤ε是否成立，若不成立，则令i＝i+1并返回步骤S101；若成立，则IRS局部最优相移为将其作为IRS相移矩阵的主对角元素，重复以上步骤求取IRS相移矩阵的其他对角元素；

其中，为目标函数梯度为零时的相移；为在点ζ_i的收缩；gradf(ζ_i+1)为黎曼梯度，|| ||₂表示求矩阵的二范数；ε为迭代停止门限值。

2.根据权利要求1所述的一种IRS辅助下行多用户通信系统的相移优化方法，其特征在于，以信道容量最大化为目标构建IRS辅助通信系统的信道容量优化模型表示为：

约束条件：

0≤θ_n≤2π,

其中，G是预编码矩阵的集合；θ＝[θ₁,...,θ_n,...,θ_N]是IRS反射相移收集向量；θ_n是IRS处第n个反射元件的相移；K为移动用户的数量；I为单位矩阵；σ²表示噪声的功率；是IRS处的反射相移对角矩阵；P_max表示发射功率阈值；N表示IRS反射元件数量；G_k是用户k的预编码矩阵；H_IU,k是IRS与用户k之间的信道矩阵；H_AI,k是IRS与基站之间的信道矩阵；H_AU,k是基站与用户k之间的信道矩阵；(·)^H表示求矩阵的共轭转置。