多用户RIS预编码方法、装置、计算机设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多用户RIS预编码方法、装置、计算机设备及存储介质，步骤如下：基站通过智能反射面(RIS)反射信号给用户，考虑数字/模拟结构基站和无限/有限分辨率RIS，构建基于发送信号矩阵及RIS反射矩阵优化的多用户干扰能量的最小化问题，同时保证总功率受限；给定发送信号矩阵初始值，利用梯度投影算法更新发送信号矩阵，通过Karush

【技术实现步骤摘要】
多用户RIS预编码方法、装置、计算机设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及无线通信
，具体涉及一种多用户RIS预编码方法、装置、计算机设备及存储介质。

技术介绍

[0002]关键任务多用户通信对低功耗、低硬件复杂度、高可靠性等需求迫切。最近，为满足这些苛刻的要求，提出了不同的方法。其中，最重要的是大规模多输入多输出(MIMO)系统、毫米波(mm Wave)频段通信和超密集网络。可重构智能表面(以下简称RIS)是一种可以改变传播环境的革命性传输技术，它可以在通信终端之间提供额外的传播路径。RIS由一组无源反射元件组成，通常仅相位反射系数可控。它的实现具有低复杂度/低能耗，不需要射频(RF)链，因此，对于在mm Wave或太赫兹(THz)波段运行的系统特别重要。
[0003]此外，预编码方法是优化发射信号的关键环节。一般来说，预编码方法分为两大类。块级预编码(BLP)方法采用只依赖于信道状态信息(CSI)的线性预编码器，因此，它们在信道相干时间的基础上进行更新。另外，预编码方法(SLP)是基于CSI面向用户传输的信息符号的非线性预编码器。因此，预编码器必须以符号速率为基础进行更新。对于RIS辅助系统，现有的大部分工作通常研究发射端线性预码器的应用以及RIS反射矩阵的设计。近年来，出现了许多在RIS辅助系统中SLP设计的成果，比如将干扰利用的概念应用于多用户多输入单输出系统的下行链路，设计了多天线基站预编码矩阵和RIS反射矩阵。除此之外，还研究了多用户系统下行链路全数字基站系统开发的SLP。另一方面，SLP设计适用于基于模拟硬件的基站系统，如上所述。由于RIS也主要基于模拟组件，将RIS系统与模拟硬件的基站相结合的解决方案将显示出较低的实现复杂性，并且在能耗方面也有显著收益。此外，有些文献中的技术考虑了基于无限分辨率相移元素的RIS。在已有的开放文献中，基于有限分辨率相移元素的实用SLP设计仍然没有。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的上述缺陷，公开了一种面向多用户RIS预编码方法、装置、计算机设备及存储介质。该方法步骤如下：基站通过智能反射面(RIS)反射信号给用户，考虑数字/模拟结构基站和无限/有限分辨率RIS，构建基于发送信号矩阵以及RIS反射矩阵优化的多用户干扰能量的最小化问题，同时保证总功率受限；给定发送信号矩阵初始值，利用梯度投影算法更新发送信号矩阵，通过Karush
‑
Kuhn
‑
Tucker条件求解发送信号矩阵闭合解；基于更新的发送信号矩阵，利用梯度投影算法再次更新反射矩阵；若目标函数值未达到收敛条件，则继续交替迭代更新发送信号矩阵以及反射矩阵，同时基于非可和下降规则来更新迭代步长。本专利技术所提供预编码方法可有效降低硬件复杂度和保证低功耗。
[0005]本专利技术的第一个目的在于提供一种面向多用户RIS预编码方法，所述预编码方法的实现步骤如下：
[0006]S1、基站通过智能反射面反射信号给用户，考虑数字/模拟结构基站和无限/有限分辨率智能反射面，构建多用户干扰能量的最小化问题，同时保证总功率受限，即，其中，智能反射面以下简称RIS，表示时隙内的发送信号矩阵，表示T
×
N维的复空间，X＝[x1,
…
,x
N
]，表示基站在时隙n发送的信号矢量，T为基站均匀平面天线阵列单元数，N为总时隙数，P
max
表示总发射功率，Ω表示RIS的L
×
L维反射矩阵，L表示RIS的反射单元数，L维反射矩阵，L表示RIS的反射单元数，分别表示基站与M个单天线用户终端、基站与RIS、和RIS与M个用户终端之间的通道矩阵，S＝[s1,
…
,s
N
]表示从基站到用户终端的期望信号，反射矩阵的对角元素ω
i,j
必须位于单位模复矩阵集合中，即
[0007]S2、给定反射矩阵Ω的第k次迭代值Ω
k
，最优发送信号矩阵X，采用梯度投影算法更新X，其中发送信号矩阵的第k次迭代值为
[0008][0009][0010]其中，x
k+1,n
为发送信号矩阵的梯度迭代中间值，μ
k
为第k次迭代步长，为X上总发射功率约束相关的可行域，为可行域上的正交投影，X的梯度矩阵由下式给出
[0011][0012]其中，A
k
＝(H+G2Ω
k
G1)；
[0013]S3、给定第k次迭代的最优发送信号矩阵X
k+1
，RIS的最优反射矩阵Ω
k
更新表达式为
[0014][0015][0016]其中，Ω
k+1
为反射矩阵的梯度迭代中间值，为单位模复数域投影算子，diag(
·
)符号表示取对角线元素，Ω的梯度矩阵由下式给出
[0017][0018]S4、基于发送信号矩阵以及反射矩阵的第k次迭代值，设计迭代步长μ
k
，采用非可和的步长递减规律，即，其中，γ
k
≥0，≥0，≥0，表示关于发送信号矩阵X的第k次迭代梯度矩阵，表示关于反射矩阵Ω的第k次迭代梯度矩阵；
[0019]S5、迭代收敛模块，给定收敛的最大门限ε，若前后两次迭代值满足收敛条件||(X
k+1
,Ω
k+1
)
‑
(X
k
,Ω
k
)||≤ε，则停止迭代，反之，则返回步骤S2继续交替迭代优化发送信号矩阵以及反射矩阵，其中(X
k
,Ω
k
)为分块矩阵，符号|| ||表示求矩阵范数。
[0020]进一步地，所述步骤S2中求解发送信号矩阵闭合解的过程如下：
[0021]S201、给定反射矩阵的第k次迭代值Ω
k
，基于梯度投影算法设计发送信号矩阵，基于投影算子将发送信号矩阵的梯度迭代中间值的所有列向量X
(k+1),n
投影到可行域上，则可以等效为如下优化问题
[0022][0023][0024]S202、通过Karush
‑
Kuhn
‑
Tucker条件求解发送信号矩阵闭合解为
[0025][0026]其中，x
k+1,n
表示第k+1次得到的最优发送信号矩阵X的第n列向量，x
k+1,n
表示将x
k+1,n
投影到可行域上的值。
[0027]进一步地，所述步骤S3求解反射矩阵最优值的过程如下：
[0028]S301、给定第k次迭代的最优发送信号矩阵X
k+1
，通过定义反射矩阵对角向量ω
k+1
＝diag(Ω
k+1
)和利用投影算子将反射矩阵对角向量ω投影到可行域上，则的等效优化问题为
[0029][0030][00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多用户RIS预编码方法，其特征在于，所述预编码方法的实现步骤如下：S1、基站通过智能反射面反射信号给用户，考虑数字/模拟结构基站和无限/有限分辨率智能反射面，构建多用户干扰能量的最小化问题，同时保证总功率受限，即，面，构建多用户干扰能量的最小化问题，同时保证总功率受限，即，|ω
i,i
|＝1,1≤i≤L其中，智能反射面以下简称RIS，表示时隙内的发送信号矩阵，表示T
×
N维的复空间，表示基站在时隙n发送的信号矢量，T为基站均匀平面天线阵列单元数，N为时隙总数，P
max
表示总发射功率，Ω表示RIS的L
×
L维反射矩阵，L表示RIS的反射单元数，示RIS的反射单元数，分别表示基站与M个单天线用户终端、基站与RIS、和RIS与M个用户终端之间的通道矩阵，S＝[s1,...,s
N
]表示从基站到用户终端的期望信号，反射矩阵的对角元素ω
i,j
必须位于单位模复矩阵集合中，即S2、给定反射矩阵Ω的第k次迭代值Ω
k
，最优发送信号矩阵X，采用梯度投影算法更新X，其中发送信号矩阵的第k次迭代值为为其中，x
k+1,n
为发送信号矩阵的梯度迭代中间值，μ
k
为第k次迭代步长，为X上总发射功率约束相关的可行域，为可行域上的正交投影，X的梯度矩阵由下式给出其中，A
k
＝(H+G2Ω
k
G1)；S3、给定第k次迭代的最优发送信号矩阵X
k+1
，RIS的最优反射矩阵Ω
k
更新表达式为更新表达式为其中，Ω
k+1
为反射矩阵的梯度迭代中间值，为单位模复数域投影算子，diag(
·
)符号表示取对角线元素，Ω的梯度矩阵由下式给出S4、基于发送信号矩阵以及反射矩阵的第k次迭代值，设计迭代步长μ
k
，采用非可和的步长递减规律，即，其中，γ
k
≥0，≥0，
表示关于发送信号矩阵X的第k次迭代梯度矩阵，表示关于反射矩阵Ω的第k次迭代梯度矩阵；S5、给定收敛的最大门限ε，若前后两次迭代值满足收敛条件||(X
k+1
,Ω
k+1
)
‑
(X
k
,Ω
k
)||≤ε，则停止迭代，反之，则返回步骤S2继续交替迭代优化发送信号矩阵以及反射矩阵，其中(X
k
,Ω
k
)为分块矩阵，符号|| ||表示求矩阵范数。2.根据权利要求1所述的多用户RIS预编码方法，其特征在于，所述步骤S2中求解发送信号矩阵闭合解的过程如下：S201、给定反射矩阵的第k次迭代值Ω
k
，基于梯度投影算法设计发送信号矩阵，基于投影算子将发送信号矩阵的梯度迭代中间值的所有列向量X
(k+1),n
投影到可行域上，则可以等效为如下优化问题可以等效为如下优化问题S202、通过Karush
‑
Kuhn
‑
Tucker条件求解发送信号矩阵闭合解为其中，x
k+1,n
表示第k+1次得到的最优发送信号矩阵X的第n列向量，x
k+1,n
表示将x
k+1,n
投影到可行域上的值。3.根据权利要求1所述的多用户RIS预编码方法，其特征在于，所述步骤S3求解反射矩阵最优值的过程如下：S301、给定第k次迭代的最优发送信号矩阵X
k+...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞奥佐罗斯特斯菲斯，克里斯托斯齐诺斯，冯佳慧，施政，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：