[发明专利]一种多智能反射面系统的波束成形设计方法

说明书

本发明公开了一种多智能反射面系统的波束成形设计方法：基站通过GPS获取K个用户的位置；基站将所获得的K个用户的位置通过单独的硬件链路传递给智能反射面；基站计算基站到K个智能反射面的有效出发角；每个智能反射面计算基站到每个智能反射面的有效到达角；以及每个智能反射面到每个用户的有效出发角；基站根据基站到K个智能反射面的有效出发角设计发射波束；每个智能反射面通过基站到每个智能反射面的有效到达角，以及每个智能反射面到服务用户的有效出发角来设计相移波束，第m个智能反射面对应的服务用户表示为k_m。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种多智能反射面系统的波束成形设计方法。

背景技术

智能反射面(IRS)技术由于其低功耗和低硬件复杂度的特点，获得了来自学术界和工业界的广泛关注，并且被认为是未来移动通信系统的一项关键技术。具体来讲，IRS是由大量的低成本、被动的反射元构成，每个反射元都可以独立地以反射信号，产生相移可调的反射信号。通过合理地改变相移，IRS能够增强接收端的有用信号，从而有助于抵抗不利的无线传播环境。

IRS和基站(BS)的波束设计对于充分发挥IRS的上述优点十分重要。如公开号为CN111181615A的中国专利公开了一种基于智能反射面的多小区无线通信方法，该方法所针对的系统包括多个协作小区，在协作小区中设置了智能反射面，每个协作小区中均有基站和用户终端；所述方法包括：用户终端向各个协作小区中的基站发射导频信号，各基站估计信道状态信息并共享，并获取全局信道状态信息，制定发射波束成形模型；智能反射面制定反射波束成形模型，通过建模求解得到发射波束成形、反射波束成形的系数，从而形成抑制干扰的信号。

很多之前的工作考虑理想的瞬时信道状态信息，采用交替优化IRS波束和 BS波束的方法。然而，IRS在实际部署中却面临着两大挑战。首先是需要瞬时状态信息。但是由于IRS是被动式的结构，而且反射元的数量巨大，瞬时状态信息很难获得。传统的方法是采用导频训练来估计级联的信道，但随着反射元数的增加，信道估计开销变得太高。另一个挑战是需要一个单独的链路以供BS 和IRS交换信息。一般而言，IRS的相移是在BS处设计的，BS通过它们之间单独的链路传给IRS。如果采用瞬时信道信息来设计波束，那么BS和IRS交换信息的频率就会变得很高。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述方案中瞬时信道状态信息难以获得，IRS和 BS信息交换频率高的问题，提出了一种多智能反射面系统的波束成形设计方法。

本发明所采用的具体技术方案如下:

多智能反射面系统的波束成形设计方法，包括如下步骤：

1)基站通过GPS获取K个用户的位置其中，k＝1,...,K；

2)基站将所获得的K个用户的位置通过单独的硬件链路传递给智能反射面；

3)基站计算基站到K个智能反射面的有效出发角m＝1,...,K；

4)每个智能反射面计算基站到每个智能反射面的有效到达角以及每个智能反射面到每个用户的有效出发角m＝1,...,K，k＝1,...,K；

5)基站根据基站到K个智能反射面的有效出发角设计发射波束；

6)每个智能反射面通过基站到每个智能反射面的有效到达角，以及每个智能反射面到服务用户的有效出发角来设计相移波束，第m个智能反射面对应的服务用户表示为k_m。

步骤3)中的基站到K个智能反射面的有效出发角(以基站到第m个智能反射面的有效出发角为例)为：