[发明专利]一种智能反射表面辅助多小区预编码联合设计方法

权利要求书

1.一种智能反射表面辅助多小区预编码联合设计方法，其特征在于：所述多小区中总共有L个小区，每个小区中存在K个单天线用户不能被该小区基站信号覆盖，需要通过智能反射表面提供服务；各小区的基站均采用包含M个天线阵元的均匀线性天线阵；智能反射表面采用均匀平面天线阵，共有N个反射单元，其中垂直方向T行反射单元，水平方向每行P个反射单元，该方法具体包括以下步骤：

步骤一.设定收敛门限ε，初始化迭代次数t＝1，设置基站i,i＝1,…,L对其小区内第k个用户k＝1,…,K的预编码向量的迭代初始值其中1_M×1表示所有元素均为1的M×1维向量，随机初始化反射系数矩阵的迭代初始值满足Φ⁽⁰⁾为对角元素模值均为1的对角阵；

步骤二.基站利用已知的统计信道状态信息，计算基站i对其小区内第k个用户的预编码向量第t次迭代值

步骤三.计算智能反射表面反射系数矩阵的第t次迭代值Φ^(t)；

计算IRS反射系数矩阵的第t次迭代值Φ^(t)，具体包括以下子步骤：

c1)设置内循环收敛门限ξ，初始化内循环迭代次数r＝0，设置向量的迭代初始值为其中表示矩阵Φ^(t-1)的第n个对角元，上标(·)^T代表转置；

c2)计算函数并利用下式计算其在欧几里得空间中的梯度：

其中利用下式计算

diag{·}表示以括号中矢量为对角元的对角阵；

c3)利用步骤c2)中计算结果计算函数f_η(η^(r))的黎曼梯度其具体计算方法为

其中，符号Re{·}表示取复数的实部，上标(·)^*表示共轭，⊙表示哈达玛乘积；

c4)计算其中τ为利用Armijo准则确定的步长；

c5)计算其中unit(·)表示对向量中的每个元素的模值进行归一化；

c6)计算

c7)判断是否成立，若成立则进入步骤c8)，否则令r＝r+1并进入步骤c2)；

c8)更新反射系数矩阵第t次迭代的值Φ^(t)＝diag{η^(r)}；

步骤四、判断下式是否成立：

其中及分别利用下式计算

Φ^(t-1)为IRS反射系数矩阵的第t-1次迭代值，为基站i对其小区内第k个用户的预编码向量的第t-1次迭代值，与分别为基站j对其小区内第l个用户的预编码向量的第t次与第t-1次迭代值，为第i小区中第k个用户接收的加性高斯白噪声功率,j＝1,…,L，l＝1,…,K，上标(·)^H代表共轭转置，为基站i与IRS之间信道的直射径分量，K_i与β_i分别为基站i与IRS之间信道莱斯因子与大尺度衰落因子；为IRS与第i个小区的第k个用户之间信道的直射径分量，K_i,k与β_i,k分别为IRS与第i个小区的第k个用户之间信道莱斯因子与大尺度衰落因子；若不成立则令t＝t+1并进入步骤二；否则算法结束，输出和Φ^(t)作为基站i对其小区内第k个用户的预编码向量以及智能反射表面的反射系数矩阵；γ_i，k为第i个小区的第k个用户的加权系数。

2.根据权利要求1所述的一种智能反射表面辅助多小区预编码联合设计方法，其特征在于：所述步骤二中统计信道状态信息包括：基站i与IRS之间的信道的直射径分量莱斯因子K_i以及大尺度衰落因子β_i；IRS与第i个小区的第k个用户之间的信道的直射径分量莱斯因子K_i,k以及大尺度衰落因子β_i,k。

3.根据权利要求1所述的一种智能反射表面辅助多小区预编码联合设计方法，其特征在于：所述步骤二中基站i对其小区内第k个用户的预编码向量第t次迭代值的方法包括以下步骤：

b1)计算第t次迭代的辅助矩阵Q^(t)的值，其中Q^(t)为L×K维的实矩阵，其第i行第k列元素的计算方法如下：

其中Φ^(t-1)为IRS反射系数矩阵的第t-1次迭代值，为基站i对其小区内第k个用户的预编码向量的第t-1次迭代值，为基站j对其小区内第l个用户的预编码向量的第t-1次迭代值，为第i小区中第k个用户接收的加性高斯白噪声功率,j＝1,…,L，l＝1,…,K，上标(·)^H代表共轭转置；

b2)利用下式计算第t次迭代的辅助矩阵

b3)将步骤b2)中得到的各矩阵进行分解，得到第t次迭代的辅助矩阵并且满足

b4)计算第t次迭代变量的值，

b5)计算第t次迭代的辅助向量的值，

b6)利用步骤b4)和步骤b5)得到的和计算第t次迭代的辅助向量的值：

b7)利用下式结合对实数λ_i的二分查找，更新预编码向量第t次迭代的值

使得预编码向量满足最大发送功率的约束条件其中γ_j,l表示对第j小区中的第l个用户的加权系数，P_i,max表示第i个基站的最大发送功率。