[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

说明书

本发明公开了一种智能反射表面辅助多小区预编码联合设计方法，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。本发明能有效减小用户间干扰，并能够以较低的计算复杂度及较少的信道信息量获得较高的系统吞吐量，易于实现。

技术领域

本发明涉及一种基于统计信道信息(Channel State Information,CSI)的智能反射表面(Intelligent Reflecting Surfaces,IRS)辅助多小区系统传输方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

在蜂窝网系统中，基站可以为分布在小区中心的用户提供高的传输速率和低的传输时延。然而，当用户位于小区边缘时，用户与为其提供服务的基站的距离较远，传输信号的路径损耗增大；并且边缘用户与干扰基站之间的距离减小，用户受到的干扰增加。因此，在蜂窝网中，提升边缘用户的性能一直是一大挑战。IRS作为一种新兴的技术，近年来得到国内外许多研究者的广泛关注。IRS是由大量可调节反射相位的反射单元组成的无源反射板，IRS可以智能的改变无线信道的传输环境。通过将IRS部署在小区边缘用户的附近，人为的额外提供一条基站与边缘用户的传输信道，从而增强用户的接收信号增益，同时降低用户间的干扰，以此达到提升边缘用户性能的目的。

当基站和IRS能够获得准确的瞬时信道状态信息时，采用交替优化算法联合设计出的预编码矩阵和IRS的反射系数矩阵能够使得系统取得较好的性能。然而，IRS的反射单元数量较多，而且各个反射单元均为无源反射元件，因此在相干时间内获取准确的CSI十分困难，而通常情况下，统计CSI在较长时间内保持不变，并且与瞬时CSI中需要估计完整的信道矩阵不同，统计CSI中只需要估计直射径的波到达角等有限的信道信息。为了降低IRS辅助通信系统信道估计的难度，使IRS更加便利的应用到实际系统中，可以基于统计CSI联合设计基站的预编码矩阵和IRS的反射系数矩阵。

同时，统计CSI相比于瞬时CSI，需要反馈的信道比特数大大减少，降低了信道的反馈开销。综上所述，针对IRS辅助的通信系统，采用基于统计CSI联合设计基站预编码矩阵和IRS反射系数矩阵的传输方案是合适的选择。

发明内容

技术问题：本发明的目的是在IRS辅助的多小区通信系统中提供一种智能反射表面辅助多小区预编码联合设计方法，能够根据系统的统计CSI联合设计基站的预编码矩阵和IRS的反射系数矩阵，使得系统用户的遍历和速率最大化；首先固定IRS的反射系数矩阵，设计各个基站的预编码矩阵；然后固定各个基站的预编码矩阵，设计IRS的反射系数矩阵；通过交替优化预编码矩阵和反射系数矩阵，直到系统的遍历和速率收敛到最优值。

技术方案：本发明是一种智能反射表面辅助多小区预编码联合设计方法，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)；

步骤四、判断下式是否成立：