[发明专利]一种智能反射面OFDM系统的低开销反射波束优化方法

说明书

本发明公开了一种智能反射面OFDM系统的低开销反射波束优化方法，包括：构建初始优化问题，在该初始优化问题中，以最大化OFDM系统的信息传输速率为优化目标，且以智能反射面元件反射系数恒模为约束；引入辅助变量t，将初始优化问题等价转化为最小化问题；根据最小化问题，获取适用于MM算法的目标函数的上界；利用MM算法，迭代求解以上界为目标函数的替代优化问题，并且在每次迭代中得到闭合形式的解；当系统的可达信息传输速率收敛后，得到最优的智能反射面无源反射波束。相对于现有基于序贯凸近似的迭代优化方法，本发明能够显著降低算法计算复杂度，利于工程实现。

技术领域

本发明涉及OFDM通信系统中的反射波束优化技术，特别是涉及一种智能反射面OFDM系统的低开销反射波束优化方法。

背景技术

智能反射面是一种新兴的用于动态调整传播环境的技术，在节约成本和能耗的同时又提升了系统性能。它是一种由大量具有可重构参数的几乎无源的低成本反射元件组成的平面阵列，借助于智能控制器，智能反射面中的每个元件独立地对入射电磁波进行反射，通过巧妙地调整各个元件的反射系数，智能反射面可以实现很多功能。例如，当用户到基站的传播链路被障碍物阻塞时，通过部署智能反射面人为地引入高质量的反射链路，可以通过该反射链路实现与阻塞用户的通信；此外，可以通过将反射面的无源反射波束指向指定用户，在该用户附近创造信号热点，显著提升该用户接收到的信号能量；也可以通过无源反射波束赋形实现用户处的干扰消除，大大降低用户接收到的干扰信号的功率等。总之，智能反射面已经成为新一代移动通信系统中的一项关键技术。

智能反射面的无源波束优化已经成为了现今一个热门的研究方向，其在一般场景下的优化问题往往具有非凸性从而导致难以直接求解，寻找一种可行的且复杂度较低的智能反射面反射波束优化方法成为亟待解决的问题。对于智能反射面OFDM系统，现有基于SCA的反射波束优化方法需要在每次迭代中求解一个凸优化问题，具有较高的计算复杂度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种智能反射面OFDM系统的低开销反射波束优化方法，用以解决背景技术中提交的技术问题。该方法能针对智能反射面辅助的OFDM系统，通过一种低开销的优化方案来设计智能反射面反射波束，最大化系统的多载波可达信息传输速率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种智能反射面OFDM系统的低开销反射波束优化方法，包括如下步骤：

步骤S1、构建初始优化问题，在该初始优化问题中，以最大化OFDM系统的信息传输速率为优化目标，且以智能反射面元件反射系数恒模为约束；

步骤S2、引入辅助变量t，将所述步骤S1中构建的初始优化问题等价转化为最小化问题；

步骤S3、根据步骤S2中确定的最小化问题，获取适用于MM算法的目标函数的上界；

步骤S4、利用所述MM算法，迭代求解以所述步骤S3中确定的上界为目标函数的替代优化问题，并且在每次迭代中得到闭合形式的解；

步骤S5、当系统的可达信息传输速率收敛后，得到最优的智能反射面无源反射波束。

进一步的，在所述步骤S1中，所述初始优化问题的优化目标为:

最大化

所述初始优化问题的约束条件为：

|φ_m|＝1,m＝1,…,M (2)