[发明专利]一种提升边缘速率的智能反射表面辅助多小区下行传输设计方法

说明书

本发明公开了一种提升边缘速率的智能反射表面辅助多小区下行传输设计方法，系统中共有K个小区，每个小区中存在1个单天线用户不能被该小区的基站信号覆盖，需要通过智能反射表面提供服务；方法包括：各小区基站利用已知的其与智能反射表面之间的统计信道信息，分别计算其对本小区内用户的预编码向量；基站仅已知其与智能反射表面间统计信道状态信息，并利用其设计预编码矩阵；智能反射表面利用已知的其与各小区用户之间的统计信道信息，以及各小区基站与智能反射表面之间的统计信道信息，以最大化最小用户速率为目标设计得到反射系数矩阵。本发明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边缘速率，并能够兼顾用户间公平性，易于实现。

技术领域

本发明涉及一种提升边缘速率的智能反射表面辅助多小区系统下行传输设计方法，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。智能反射表面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。智能反射表面是由大量可调节反射相位的反射单元组成的无源反射板，智能反射表面可以智能的改变无线信道的传输环境。通过将智能反射表面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。

当基站和智能反射表面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智能反射表面的反射系数矩阵能够使得系统取得较好的性能。然而，智能反射表面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信道状态信息十分困难，而通常情况下，统计信道状态信息在较长时间内保持不变，并且与瞬时信道状态信息中需要估计完整的信道矩阵不同，统计信道状态信息中只需要估计直射径的波到达角等有限的信道信息。为了降低智能反射表面辅助通信系统信道估计的难度，使智能反射表面更加便利的应用到实际系统中，可以基于统计信道状态信息联合设计基站的预编码矩阵和IRS的反射系数矩阵。

同时，统计信道状态信息相比于瞬时信道状态信息，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，针对智能反射表面辅助的通信系统，采用基于统计信道状态信息联合设计基站预编码矩阵和智能反射表面反射系数矩阵的传输方案是合适的选择。

发明内容

本发明的目的是提供一种提升边缘速率的智能反射表面辅助多小区下行传输设计方法，能够根据系统的统计信道状态信息联合设计基站的预编码矩阵和智能反射表面的反射系数矩阵，使得系统用户的最小遍历速率达到最大。本发明首先利用最大比传输准则，设计各个基站的预编码矩阵；然后设计智能反射表面的反射系数矩阵；优化预编码矩阵和反射系数矩阵，直到系统的最小遍历速率收敛到一个较大值。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种提升边缘速率的智能反射表面辅助多小区下行传输设计方法，该方法针对以下系统：系统中总共有K个小区，每个小区中存在1个单天线用户不能被该小区的基站信号覆盖，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L行反射单元，水平方向每行P个反射单元；各小区基站仅已知其与智能反射表面之间的统计信道信息，智能反射表面仅已知其与各小区用户之间以及各小区基站与其之间的统计信道信息；

所述方法包括以下步骤：

步骤一，各小区基站k利用已知的其与智能反射表面之间的统计信道信息，分别计算其对本小区内用户的预编码向量w_k；其中，k＝1,…,K；