[发明专利]一种针对硬件失真的IRS辅助MISO系统性能优化方法

权利要求书

1.一种针对硬件失真的IRS辅助MISO系统性能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、多天线基站对M个信息用户的消息进行宽线性预编码，产生基带传输信号，基带传输信号为非对称高斯信号，非对称高斯信号通过数模转换器转换为模拟信号，然后通过混频器上变频到载波频率，最后通过高功率放大器产生输出信号；在智能反射表面的辅助下，多天线基站以广播的方式传输高功率放大器产生的输出信号，并通过智能反射表面上的控制器实时控制反射元的相移，多天线基站配备N_T个天线，在基站的发射机处，混频器I/Q不平衡导致发送信号产生自干扰，模数转换器、高功率放大器、带通滤波器的非线性产生加性失真噪声d_T～CN(0,C_T)，C_T为加性失真噪声的方差，为每个天线处加性失真噪声的方差，为N_T×N_T的单位矩阵；多天线基站的实际发送信号为x'_BS+d_T，在I/Q不平衡之后，等效基带传输信号x'_BS表示为：

其中，x_BS为基站基带传输信号，为信息波束形成矢量，d_l为第l个信息用户，是信息用户d_l的消息，为对角矩阵，包含混频器失配所导致的幅度失真和旋转误差，N_T为天线数；Λ₁,Λ₂分别表示为：

其中，为对角矩阵，包含基站的每个射频链路产生的幅度误差；为对角矩阵，包含基站的每个射频链路产生的相位误差；

S2、M个信息用户接收步骤S1多天线基站传输的信号，解码获得M个信息用户的速率；

S3、以步骤S2获得的M个信息用户的速率作为性能评估，在满足基站的总功率约束下，优化基站波束形成矢量和智能反射表面处的相移矢量，最大化信息用户的最小可达速率，完成性能优化，在每一个信道相干时间内，通过交替优化算法获得多天线基站处的波束形成矢量和智能反射表面处的相移矢量θ，使M个信息用户的最小可达速率最大化，然后多天线基站通过控制链路将相移矢量θ发送给智能反射表面控制器，控制智能反射表面处的每一个反射元；

最大化信息用户的最小可达速率优化问题表述为：

其中，为所有信息用户波束形成矢量组成的集合，θ为IRS处的相移矢量，γ表示所有信息用户可达速率的最小值；

智能反射表面处相移矩阵的单位模约束表示如下：

其中，n∈{1,…N_L}，n为智能反射表面的反射元索引值，N_L为反射元个数；

优化多天线基站波束形成矢量具体为：

其中，为第k次迭代的凹下界近似，d_j为第j个信息用户，κ_I为包含所有信息用户的集合，P为基站的总发送功率，信息用户d_j的可达速率表示为：

其中，为所有信息用户波束形成矢量组成的集合，θ为智能反射表面处的相移矢量，I₂为2×2的单位矩阵，为第j个信息用户接收到有用信号的增广表示形式，为第j个信息用户波束形成矢量的宽线性变换，为第j个信息用户接收到多天线基站发送给其他用户信号的增广表示形式，为基站每个发射天线处加性硬件失真噪声的方差，为基站到第j个信息用户的组合信道，为的共轭转置，σ²为信息用户接收机热噪声的方差，d_l为第l个信息用户；

优化智能反射表面处反射相移矢量θ具体为：

其中，θ⁽ⁿ⁾为第n次迭代θ的初始值，η为惩罚因子，η||θ⁽ⁿ⁾||²+2ηθ⁽ⁿ⁾,θ-θ⁽ⁿ⁾为负均方惩罚项，为第n次迭代的凹下界近似。