[发明专利]IRS辅助的双向解码转发中继网络中最大化最小速率的相位优化方法及装置

说明书

本发明公开了一种IRS辅助的双向解码转发中继网络中最大化最小速率的相位优化方法及装置，该方法为：构建智能反射面IRS辅助的双向解码转发中继网络的系统模型；在第一时隙中继接收端，通过最大化最小速率构造优化问题；将优化问题转化为凸问题并通过CVX求解，通过高斯随机化法获得最终的优化相位。该装置包括：模型构建模块，构建智能反射面IRS辅助的双向解码转发中继网络的系统模型；优化问题构建模块，在第一时隙中继接收端，通过最大化最小速率构造优化问题；优化问题求解模块，将优化问题转化为凸问题并通过CVX求解，通过高斯随机化法获得最终的优化相位。本发明从最大化最小速率角度优化智能反射面的相位，提升了系统速率。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是一种IRS辅助的双向解码转发中继网络中最大化最小速率的相位优化方法及装置。

背景技术

在传统的通信系统中，无线环境是不可控的，这将对通信服务质量产生很大的影响，尤其在城市通信中，建筑物比较密集，信号的衰减比较明显，单靠有源中继通信状况不是太好。由于智能反射面能够智能地重新配置无线信道环境，受到了广大用户的欢迎。要实现智能反射面创造的智能无线环境，如何将智能反射面与现有的无线技术相结合是至关重要的。智能反射面已被广泛应用于不同的无线网络中，以提高数据速率、覆盖范围、安全性或能量采集，如定向调制、空间调制、安全无线信息和功率传输、MIMO和中继网。

由于智能反射面是一种低成本、低功耗的无源反射器，将智能反射面与中继相结合可以在成本、性能和覆盖范围之间取得良好的平衡。目前对智能反射面的研究，有一些关于中继和IRS相结合的研究工作。其中E.Bjrnson对智能反射面和单向译码转发中继进行了比较，发现在具有数百个元素的智能反射面中，在能量效率方面可能优于解码转发中继。Z.Abdullah提出了一种适用于未来无线网络的新型混合单天线中继和智能反射面辅助系统，推导了可达速率的严格上界，并发现在中低信噪比区域，使用单天线解码转发中继可以节省大量的反射元件来达到相同的性能。另外，X.Wan在中继处增加了天线，并提出了三种高性能的最大化接收功率的方法，分别是交替迭代结构、零空间投影+最大比合并和智能反射面元素选择+最大比合并。通过对中继端的波束形成和智能反射面端的相移进行优化，码率性能得到了明显的改善。J.Wang考虑了一种RIS辅助的双向放大转发中继网络。在智能反射面辅助的多天线基站中，采用信噪比上界最大化方法和遗传信噪比最大化方法得到相移矩阵。Z.Sun研究了智能反射面辅助的双向中继网络中的导频模式和信道估计，以证明Hadamard矩阵对于使用低分辨率移相器的信道估计是理想的。然而，目前对多天线解码转发中继网络中的相位进行研究的比较少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种IRS辅助的双向解码转发中继网络中最大化最小速率的相位优化方法及装置，从最大化最小速率角度去优化智能反射面的相位，最终取得系统速率提升的效果。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种IRS辅助的双向解码转发中继网络中最大化最小速率的相位优化方法，包括以下步骤：

步骤1、构建智能反射面IRS辅助的双向解码转发中继网络的系统模型，第一时隙中继处于多址接入阶段；

步骤2、在第一时隙中继接收端，通过最大化最小速率构造优化问题；

步骤3、将优化问题转化为凸问题并通过CVX求解，然后通过高斯随机化法获得最终的优化相位。

进一步地，所述的IRS辅助的双向解码转发中继网络中最大化最小速率的相位优化方法，其特征在于，步骤3之后还包括：

步骤4、通过和速率-智能反射面反射单元数量的仿真结果，对相位优化结果进行验证。

一种IRS辅助的双向解码转发中继网络中最大化最小速率的相位优化装置，包括：

模型构建模块，用于构建智能反射面IRS辅助的双向解码转发中继网络的系统模型，第一时隙中继处于多址接入阶段；