[发明专利]一种基于交替迭代的最大化接收功率的波束成形方法

说明书

本发明公开了一种基于交替迭代的最大化接收功率的波束成形方法，具体为：在智能反射镜辅助中继网络的系统中，在中继和智能反射镜帮助下，发射端与接收端进行通信；第二时隙，参考相关资料获得中继发射波束成形，智能反射镜相移矩阵和第二时隙速率；提供第一时隙的优化方法，分别固定中继接收波束成形和智能反射镜相移矩阵，对相应的优化问题进行拉格朗日函数求解，得到智能反射镜相移矩阵和中继接收波束成形；交替迭代智能反射镜相移矩阵、中继接收波束形成向量，直到达到收敛条件；此时第一时隙速率达到最大化，将第一和第二时隙速率进行比较获得系统速率。本发明相较于仅含有中继或智能反射镜的网络，可获得高达86％的速率增益。

技术领域

本发明涉及波束成形设计技术领域，特别是一种基于交替迭代的最大化接收功率的波束成形方法。

背景技术

随着无线传感器网络中通信设备节点的爆炸式增长，对能源效率和扩展覆盖范围提出了更严格的要求。中继具有强大的信号处理能力，可扩展通信覆盖范围并提高速率性能。然而，传统的继电器是一种有源器件，成本高且需要额外的高能耗来处理信号，因此开发节能和绿色的通信网络至关重要。

相比较于传统的中继，智能反射镜已经成为一种新兴技术，用于提高未来无线通信的覆盖范围、能量和频谱效率，与现有技术相比，智能反射镜具有竞争优势。智能反射镜由成本低、功率低、无源的反射元件组成，这些元件可以独立地反射信号实现无源波束成形，以增强信号、提高频谱和能效。智能反射镜能够智能可控地调节入射信号的幅度和相位，增强接收信号功率，减少干扰，从而改善通信网络的质量。

由于中继具有强处理信号的能力，智能反射镜具有无源、低功耗的优势，中继和智能反射镜结合的通信网络已经引起了越来越多的关注。但是，目前仅含有中继或智能反射镜的网络，速率性能较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于交替迭代的最大化接收功率的波束成形方法，运用智能反射镜辅助解码转发中继无线网络系统，提高系统的速率性能。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于交替迭代的最大化接收功率的波束成形方法，步骤如下：

步骤1、在智能反射镜辅助中继网络的系统中，发送端和接收端分别具有1根天线，中继具有M根天线，智能反射镜具有N个无源反射元件，在中继和智能反射镜帮助下，发射端与接收端进行通信；

步骤2、在第一时隙中，确定发射端到中继、发射端到智能反射镜、智能反射镜到中继的信道，并确定中继接收波束成形向量和第一时隙智能反射镜相移矩阵Θ₁的表达式，中继对接收信号进行接收波束成形处理，得到转化后的接收信号以及中继的第一时隙速率R_r；

步骤3、在第二时隙中，确定中继到接收端、中继到智能反射镜、智能反射镜到接收端的信道，并确定中继发射波束成形向量u_t和第二时隙智能反射镜相移矩阵Θ₂的表达式，中继对接收信号进行解码，再对发射信号进行发射波束成形处理后，得到接收端接收信号、接收端第二时隙速率R_d；

步骤4、在第二个时隙中，中继、智能反射镜和接收端组成一个三点智能反射镜辅助网络，参考三点智能反射镜辅助网络相关资料获得中继发射波束成形向量u_t，第二时隙智能反射镜相移矩阵Θ₂和第二时隙速率R_d；

步骤5、建立第一时隙的优化问题，分别固定中继接收波束成形向量和第一时隙智能反射镜相移矩阵Θ₁，对优化问题进行拉格朗日函数求解，得到第一时隙智能反射镜相移矩阵Θ₁和中继接收波束成形向量