基于流形的IRS辅助去蜂窝大规模MIMO系统波束赋形方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115733533A(43)申请公布日2023.03.03(21)申请号202211396148.2(22)申请日2022.11.09(71)申请人哈尔滨工业大学（深圳）地址518000广东省深圳市南山区桃源街道深圳大学城哈尔滨工业大学校区(72)发明人王同李俊豪(74)专利代理机构深圳市添源创鑫知识产权代理有限公司44855专利代理师朱丽萍(51)Int.Cl.H04B7/06(2006.01)H04B7/08(2006.01)H04B7/0456(2017.01)G06F17/11(2006.01)权利要求书4页说明书12页附图3页(54)发明名称基于流形的IRS辅助去蜂窝大规模MIMO系统波束赋形方法(57)摘要本发明公开了一种基于流形的IRS辅助去蜂窝大规模MIMO系统波束赋形方法，基于IRS辅助CF‑mMIMO系统的WSR最大化问题，考虑了IRS相位为更加实际的离散的情况，约束条件为接入点端最大传输功率和IRS端相位可行解，本发明首先通过拉格朗日对偶转化算法将原始优化问题解耦为两个子优化问题：接入端有源波束赋形问题和IRS端无源波束赋形问题。对于IRS端无源波束赋形问题，提出了一种基于流形的无源波束赋形算法，然后通过交替优化两个子问题，解决了原始非常具有挑战性的非凸优化问题。本发明提出的基于流形的无源波束赋形算法不仅在性能上优于无源MM波束赋形算法，而且具有更低的复杂度。CN115733533ACN115733533A权利要求书1/4页1.一种基于流形的IRS辅助去蜂窝大规模MIMO系统波束赋形方法，其特征在于，包括以下步骤:构建IRS辅助去蜂窝大规模MIMO系统模型，包括均配备了N个天线的M个接入点，K个单天线用户，R个IRS，IRS的相移参数设置为离散并获取IRS各单元相移可取的离散集合确定IRS辅助去蜂窝大规模MIMO系统模型的WSR最大化问题P1，具体为：将所有接入点的预编码矩阵和所有IRS的相移矩阵作为决策变量，以WSR最大化为优化目标，限定每个接入点到所有用户的预编码向量绝对值之和不能超过接入点的预编码向量绝对值阈值，限定IRS各单元相移为离散集合中的元素作为WSR最大化问题P1；通过对WSR最大化问题P1依次进行拉格朗日对偶转换、二次变换得到优化问题P2；基于流形的无源波束赋形算法求解得到优化问题P2的低复杂度解，所述基于流形的无源波束赋形算法具体包括：将IRS各单元相移可取的离散集合放松至连续的可行域使优化问题P2的约束条件形成了一个流形基于流形构建一个流形空间，根据莱曼梯度更新搜索方向，得到迭代的下一个解，直到算法收敛得到优化问题P2的低复杂度解。2.根据权利要求1所述的基于流形的IRS辅助去蜂窝大规模MIMO系统波束赋形方法，其特征在于，所述获取IRS各单元相移可取的离散集合具体表达式为：l其中，θr,u代表第r个IRS的第u个单元的相移，l表示IRS每个单元的比特数，L＝2表示IRS每个单元可以配置的量化等级。3.根据权利要求1所述的基于流形的IRS辅助去蜂窝大规模MIMO系统波束赋形方法，其特征在于，所述构建IRS辅助去蜂窝大规模MIMO系统模型过程中，根据接入点到第k个用户的等效信道和预编码向量确定第k个用户的信干噪比SINRk，具体表达式为：其中，表示M个接入点到第k个用户的等效信道，表示M个接入点到第k个用户的预编码向量，表示M个接入点到第i个用户的预编码向量，σ2代表噪声分布的方差。4.根据权利要求1所述的基于流形的IRS辅助去蜂窝大规模MIMO系统波束赋形方法，其特征在于，所述WSR最大化问题P1的具体表达式为：P1:2CN115733533A权利要求书2/4页其中，决策变量表示所有接入点的预编码矩阵，决策变量表示所有IRS的相移矩阵，表示第k个用户的权重，SINRk表示第k个用户的信干噪比，wm,k表示第m个接入点到第k个用户的预编码，表示接入点集合，θr,u表示第r个IRS的第u个单元的相移，表示IRS集合，表示IRS的单元集合，ρmax代表每个接入点最大的下行传输能量，表示θr,u可取的离散集合。5.根据权利要求4所述的基于流形的IRS辅助去蜂窝大规模MIMO系统波束赋形方法，其特征在于，所述通过对WSR最大化问题P1依次进行拉格朗日对偶转换、二次变换得到优化问题P2，具体包括：通过拉格朗日对偶转换方法，将P1解耦为：P1.1:其中，目标函数γ＝[γ1,Tγ2,…,γK]为引入的K维辅助变量，表示M个接入点到第k个用户的等效信道，表示M个接入点到第k个用户的预编码向量，表示M个接入点到第i个用户的预编码向量；通过二次变换，将P1.1简化得到P1.2:其中Hqi,k(Θ)＝ai,k+θbi,k，μk＝ηk(1+γk)