[发明专利]一种智能反射面无小区系统的鲁棒性波束设计方法

说明书

本发明公开了智能反射面无小区系统的鲁棒性波束设计方法，包括以下步骤：首先引入一阶接收均衡器系数向量和最小接收均方误差参数向量作为辅助变量，将原问题转化；然后固定其余变量，求解最优的预编码矩阵；接着固定其余向量，利用引入惩罚的CCP算法优化RIS相移向量；再固定其余向量，优化一阶接收均衡器系数向量并更新最小接收均方误差参数向量；交替迭代上述优化步骤至速率和收敛。本发明在波束设计时考虑了系统非理想CSI的影响，能提高用户传输和速率。

技术领域

本发明属于通信领域，尤其涉及一种智能反射面无小区系统的鲁棒性波束设计方法。

背景技术

传统的蜂窝通信技术之中，一个小区内的所有用户均由该小区内一个基站所服务。在此架构下，小区边缘用户会受到严重的小区间干扰，这也成为限制无线网络容量提升的一个重要因素。

无小区系统(Cell-Free，CF)是一种新型的以用户为中心的网络架构，区别于传统的蜂窝通信，CF系统中没有小区的概念，分布式部署的所有基站相互协作，均为用户提供服务。因此，在CF系统之中严重的小区间干扰问题将大大减轻，网络容量由此可以得到大幅提升。但是大量部署的分布式基站无疑将会大大增加成本和功耗，如何提升CF系统的能量效率，实现更为节能和绿色化的网络将会是一个较大的挑战。

此外，智能反射表面(RIS)技术也被认为是一种具有广阔前途的新兴技术，是上述CF系统一种可能的补充技术。通过集成大量低成本的无源可编程反射元件，RIS可以重构信号的传播环境，智能地对信号传播进行实时调控，由此来实现减小干扰，增强信号以提升网络容量，减小功耗。分布式的RIS可以大量部署在基站无法覆盖或者覆盖较弱的区域，通过对反射单元相移的实时调整，可以大大提升网络的频谱和能量效率。

通过对于CF系统基站的预编码和RIS处的相移调整，可以最大化整个网络的频谱和能量效率。然而，想要获得CF系统和RIS带来的性能增益，现有的研究都高度依赖于完美的信道信息(CSI)，在实际应用之中很难得到，仅能获得部分不精确的CSI。因此，有必要考虑非完美CSI条件下的鲁棒性设计，以此来获得CF系统和分布式RIS在实际部署之中的性能增益。

发明内容

本发明目的在于提供一种智能反射面无小区系统的鲁棒性波束设计方法,以解决在有界的信道状态信息误差情况下，满足发射总功率受限的鲁棒性波束赋形设计问题，提升系统在实际应用情况下的频谱效率的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

一种智能反射面无小区系统的鲁棒性波束设计方法，包括以下步骤：

步骤1、引入一阶接收均衡器系数向量f和最小接收均方误差参数向量u作为辅助变量，利用最小均方误差与接收信干噪比之间的关系，将最差情况下和速率最大化鲁棒设计问题等价转化为均方误差最小化问题；

步骤2、固定智能反射表面的反射相移向量v、一阶接收均衡器系数向量f和最小接收均方误差参数向量u，引入附加变量转化，利用标准半正定规划优化预编码矩阵W；

步骤3、固定预编码矩阵W、一阶接收均衡器系数向量f和最小接收均方误差参数向量u，利用引入惩罚的凸凹过程算法处理智能反射表面相移的恒模约束，迭代求解关于智能反射表面反射相移向量v的标准半正定规划问题；

步骤4、固定预编码矩阵W、智能反射表面的反射相移向量v，利用标准半正定规划优化一阶接收均衡器系数向量f，更新最小接收均方误差参数向量u；

步骤5、重复步骤2到步骤4直至收敛，得到最优的基站预编码矩阵与智能反射面反射波束。