[发明专利]一种可重构反射面辅助无线通信系统中反射系数设计方法

说明书

本发明公开了一种可重构反射面辅助无线通信系统中反射系数设计方法。在可重构反射面辅助的通信系统下行链路，针对每一个用户k(k＝1，…K)，设计信噪比(SNR)最优的反射系数Φ^opt‑k；最优反射面反射系数其中β_k∈(0，1)代表第k个用户的权重，选择使得系统和速率最大化的反射系数。输入可重构反射面与用户和基站之间的信道矩阵、基站的发射功率以及用户之间的权重即可得出优化过后的反射面反射系数。该方法与随机反射系数设计方法相比，性能显著提升。

技术领域

本发明涉及一种可重构反射面(Reconfigurable Intelligent Surface，RIS)辅助无线通信系统中反射系数设计方法，能够提升系统和速率，属于无线通信技术领域。

背景技术

进入5G(The 5th Generation of Mobile Communication Systems，5G)时代以来科技发展更加迅速，人们对自动驾驶、远程医疗、虚拟现实等技术有着越来越多的需求，到2020年5G和物联网时代，网络容量增加约为1000倍，服务至少500亿台无线通信设备。从通信领域看这其实是对数据传输速率提出了更高的需求，为了达到该需求，人们提出了大规模多输入多输出(Massive Multiple Input Multiple Output，Massive MIMO)方案、毫米波(Millimeter wave，mmWave)通信、超密集网络(Ultra-Dense Network，UDN)等提升通信可靠性的方案但硬件成本和能量消耗仍是实际系统中的关键问题。比如采用大规模MIMO技术，部署具有大量天线的基站，因此需要大量的射频链，这无疑会提升成本，再比如采用毫米波技术，因为毫米波带宽大、波束窄，同时定向性强，所以信号易被遮挡，其次基站功耗高且覆盖范围小，需要部署大量的基站使得能耗和成本较高。

可重构反射面(Reconfigurable Intelligent Surface，RIS)作为一项可以有效减少能耗且成本相对较低的技术近年来被研究人员广泛关注。可重构反射面是由大量低成本无源器件所构成，由于可重构反射面是一种没有专用功耗的无源设备，因此它被设想为提高未来蜂窝网络频谱效率和能量效率的一种绿色且具有成本效益的方案。具体来说，RIS是一个平面阵列，由大量的无源器件例如低成本的印刷偶极子组成，由与基站相连的控制器进行控制，其中可重构反射面中每个反射单元都能够独立地调整入射信号的相位从而协同改变反射信号的传播。与传统接收端和发射端不同的是，RIS有助于在不产生新信号的情况下进行信息传输，具有控制无线电传播环境的能力。基站通过控制器适当的调整RIS的反射系数，可以在信号接收端处多添加一条反射链路以增强接收到信号的功率，同时也能在非信号接收端处反向设计相位以减少同信道干扰。不仅如此可重构反射面还保留了大规模MIMO系统中的所有优点，例如能够将大量能量集中在三维空间中，为无线充电、遥感和数据传输铺平了道路，因此可重构反射面被当作广泛研究的对象。

发明内容

发明目的：关于对可重构反射面的研究大部分都是在于通过求解一系列复杂的优化问题来达到最大化系统和速率的目的，但是求解优化问题势必会增加复杂度和运算时间，因此针对这些缺点，本发明提出一种可重构反射面辅助无线通信系统中反射系数设计方法，该方法简单可行，能够有效的减少计算时间，与可重构反射面随机反射系数相比有着较为明显的提升。

技术方案：一种可重构反射面辅助无线通信系统中反射系数设计方法，包含以下步骤：