双智能反射面辅助的毫米波制造技术

本发明专利技术针对双智能反射面辅助的毫米波多输入单输出系统提出一种交替优化的联合优化算法，该算法采用交替优化思想

【技术实现步骤摘要】
双智能反射面辅助的毫米波MISO系统中基于交替优化的联合优化方案设计


[0001]本专利技术属于无线通信
，主要针对的应用场景是智能反射面辅助的毫米波
MISO
系统，主要应用是针对
IRS
辅助的毫米波
MISO
系统中对发射信号做预处理，以及对
IRS
相移矩阵进行优化，具体涉及
IRS
辅助的毫米波
MISO
系统中的最大传输比策略和基于交替优化的算法
。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术的发展，目前的频谱资源已经难以满足更高的数据传输需求，而高频段电磁波中的毫米波
(Millimeter Wave
，
mmWave)
拥有着丰富的频谱资源，可有效缓解频谱资源稀缺问题
。
毫米波通信的优点在于：第一，其频谱资源极其丰富，易得到连续的大带宽，而大带宽能够提供更高的通信传输速率，给用户带来更高速率的传输体验；第二，在发射天线数相同情况下，毫米波由于波束更窄，具有极好的指向性；第三，毫米波频段高，能够对其构成干扰的信号源较少，所以，抗干扰能力更强，通信质量更高
。
同时，波束赋形和大规模多输入多输出
(Multiple Input Multiple Output
，
MIMO)
技术可以很好地减弱毫米波的路径损耗
。
但天线阵列的规模不断增大，势必导致功耗急剧增加
。
为解决此问题，智能反射面
(Intelligent Reflecting Surface
，
IRS)
作为一种绿色技术被提出，其可以给无线通信带来诸多益处
。IRS
作为一种在无线通信中大放异彩的硬件方案，可以增强无线通信系统性能
。
同时，
IRS
能够对无线信道传播环境重构，它由大量低成本
、
无源的反射单元组成，这意味着
IRS
的硬件成本低，此外，在智能控制器的协助下，
IRS
的每个反射单元都能通过控制其电路特性从而独立地调谐反射信号的振幅和相位，从而实现对无线信道环境的重构
。
值得一提的是，由于
IRS
的布置成本低，对于布置的位置没有太多的要求，可以把
IRS
放置在墙壁
、
建筑物外墙和天花板等地方
。
[0003]无源反射面在雷达
、
卫星等领域中有了广泛的应用，但是移动通信系统中很少使用无源反射面技术
。
这是因为传统的反射表面布置完后就只有一个固定相移，而在移动通信系统中，用户的位置是会发生变化的，这就导致传统的反射表面因其相移固定而无法适应动态的无线信道，使其难以广泛应用
。
而
IRS
可以通过与基站相连的智能控制器实现对无源反射单元的相移进行调控，让经由每一个反射单元反射的信号能够以相同的相位反射，从而与其他路径的相干信号相互叠加，在接收端增加接收信号的功率
。
[0004]由于
IRS
不需要使用射频
(Radio Frequency
，
RF)
链，所以无需对
IRS
进行复杂的干扰管理，且目前的研究主要还是考虑
IRS
的相移变化，对于振幅的改变研究较少，所以
IRS
消耗的功率很小且仅在短距离内进行辅助通信，因此可以大量部署
。
在实际应用中，
IRS
作为一种平面结构，无论是室内还是室外都有大量位置可供安装，以满足不同的应用场景，但其底层的通信建模和问题需要进一步研究
。
[0005]随着对
IRS
技术的深入研究，针对单个
IRS
辅助通信已经颇为丰富，目前已有的共识是智能反射面可以提供额外的空间自由度，且随着反射单元数的增加，单个
IRS
所能提升
的性能是极为有益的
。
但是随着
IRS
的数量达到一个阈值，继续增加单个
IRS
反射单元数所增加的性能是得不偿失的
。
对此，将单个
IRS
增加到多个
IRS
，可以避免此问题，通过在不同的位置部署多个
IRS
，以便于用户在任何地方都能够被多个
IRS
覆盖，使得用户不会因为距离
IRS
越远而使信号减弱，从而增强信号的覆盖范围
。
[0006]针对智能反射面的恒模约束问题，半正定松弛
(Semi
‑
definite Relaxation
，
SDR)
算法被广泛应用于解决此问题
。
但
SDR
算法所得到的只是一个近似解，为减少性能损失，需要对所得到的解进行高斯随机化，最后虽然能得到一个较好的解，但计算复杂度较高
。
相比之下交替优化算法的复杂度比
SDR
低，且能够达到与
SDR
相同的性能
。
[0007]因此，本专利技术针对双
IRS
辅助的毫米波
MISO
系统，以最大化频谱效率为目标设计联合优化算法
。

技术实现思路

[0008]本专利技术受到单智能反射面辅助的毫米波
MISO
系统的启发，在交替优化算法的思路下，通过依次固定其中两个优化变量，求解另一个优化变量，分别得到三个优化变量的最优解，并循环往复迭代
。
所提出的基于交替优化的联合优化算法相比于传统的基于不动点迭代的联合优化算法具有更高的可达频谱效率
。
[0009](
一
)
本专利技术提出的创新点的基本思路及操作
[0010]以下具体介绍本专利技术提出的基于交替优化思想的算法的思路
。
本专利技术将联合设计方案分为三步
。
[0011]第一步：固定两个智能反射面的相移矩阵，利用最大比传输准则优化基站预编码
。
[0012]第二步：利用交替优化思想，固定基站预编码，同时固定
IRS1
的相移矩阵，将联合优化问题转化为只包含
IRS2
恒模约束的优化问题，利用数学变换得到
IRS2
的无源波束赋形闭式解
。
[0013]第三步：与第二步类似，固定基站预编码，同时固定
IRS2
的相移矩阵，将联合优化问题转化为只包含
IRS1
恒模约束的优化问题，利用数学变换得到
IRS1
的无源波束赋形闭式解
。
最后，对这三个子问本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
双智能反射面辅助的毫米波
MISO
系统基于交替优化的联合优化算法
。
本发明的算法主要分为三步：第一步：固定两个智能反射面的相移矩阵，利用最大比传输准则优化基站预编码
。
第二步：利用交替优化思想，固定基站预编码，同时固定
IRS1
的相移矩阵，将联合优化问题转化为只包含
IRS2
恒模约束的优化问题，利用数学变换得到
IRS2
的无源波束赋形闭式解
。
第三步：与第二步类似，固定基站预编码，同时固定
IRS2
的相移矩阵，将联合优化问题转化为只包含
IRS1
恒模约束的优化问题，利用数学变换得到
IRS1
的无源波束赋形闭式解
。
最后，对这三个子问题进行交替优化，直到算法收敛
。2.
根据权利要求1所述的双智能反射面辅助的毫米波
MISO
系统基于交替优化的联合优化算法，在求解基站预编码时采...

【专利技术属性】
技术研发人员：周围，廖先平，贺凡，黎婧怡，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：