[发明专利]一种利用可自持智能反射面提高广播通信传输性能的方法

权利要求书

1.一种利用可自持智能反射面提高广播通信传输性能的方法，其特征在于，包括：

对发射端一、二阶段波束成形向量、系统一、二阶段归一化工作时长以及IRS反射波束成形对角矩阵进行优化；

基于优化后的一、二阶段波束成形向量、各阶段归一化工作时长以及IRS反射波束成形对角矩阵，在第一阶段，多天线发射端向接收端发射广播信号，同时IRS收集无线能量，在第二阶段，IRS利用在第一阶段收集的无线能量实现反射波束成形辅助发射端进行广播。

2.根据权利要求1所述的利用可自持智能反射面提高广播通信传输性能的方法，其特征在于，发射端一、二阶段波束成形向量w_e、w_s，系统一、二阶段归一化工作时长t_e、1-t_e以及IRS反射波束成形对角矩阵Ψ优化包括以下步骤：

A1，令o_s＝0，其中，o_s为第一循环计数变量，与分别为交替优化的w_s和Ψ的起始点，1表示M×1维的全1向量，I表示I_R×I_R维的单位矩阵，M表示发射端天线的数目，I_R表示IRS微单元个数；

A2，求解令目标函数γ_as最大化的W_s与γ_as：

记获得的相应的最优解为

式(1)中，W_s为对向量乘积的半正定松弛，γ_as为接收端信噪比松弛变量，σ²表示噪声功率，tr(·)表示矩阵求迹运算，h_d,k、G、h_r,k分别表示发射端至第k个接收端的信道、发射端至IRS的信道以及IRS至第k个接收端的信道，α为信号反射效率，P为发射端信号发射功率限制，上标H表示共轭转置符号，为用户集合，约束条件限定W_s为半正定矩阵；

A3，令其中，表示第o_s次交替优化循环中对w_s的优化结果，maxeig(·)和maxeigvc(·)分别表示求矩阵最大特征值和最大特征值对应的单位特征向量的运算；

A4，令其中，c_k和a_k为辅助变量，T表示转置符号，函数Γ_s(w_s,Ψ)定义为

A5，求解令目标函数γ_as最大化的Θ与γ_as：

记获得的相应的最优解为

式(2)中，Θ为对向量乘积θθ^H的半正定松弛，为对的高维松弛映射，为IRS反射波束成形向量，τ为松弛变量，表示IRS上第i个微单元的反射系数，[Θ]_i,i表示矩阵Θ对角线上的第i个元素，约束条件限定Θ为半正定矩阵；

A6，令其中，与分别表示第o_s次交替优化循环中对θ与Ψ的优化结果，表示共轭符号；

A7，若则执行步骤A8，否则，令o_s＝o_s+1并跳转至步骤A2，其中，ε_s为系统二阶段波束成形优化门限；

A8，令计算其中，与Ψ⁺分别表示对w_s与Ψ的优化结果，表示与其相对应的二阶段可达广播速率；

A9，令o_e＝0，其中，为辅助变量，o_e为第二循环计数变量；

A10，求解令目标函数最大化的W_e,t_e,r_e,p₁,p₂,△_e：

记获得的相应的最优解为

式(3)中，u为IRS配置单微单元引入相移的能耗，η为能量收集率，W_e为对向量乘积的半正定松弛，r_e,p₁,p₂,△_e为辅助优化变量，约束条件限定W_e为半正定矩阵，||·||表示求向量二范数运算；

A11，令其中，表示第o_e次优化循环中对w_e的优化结果；

A12，若o_e＝0，则令o_e＝o_e+1，并跳转至步骤A10；否则执行步骤A13，其中，分别表示第o_e-1次优化循环中对w_e、t_e的优化结果；

A13，令其中，与分别为对应与的一阶段可达广播速率，函数Γ_e(w_e)定义为

A14，若则执行步骤A15，否则，令o_e＝o_e+1，并跳转至步骤A10；其中，ε_e表示系统一阶段波束成形优化门限；

A15，输出发射端一、二阶段波束成形向量，系统一、二阶段归一化工作时长以及IRS反射波束成形对角矩阵的优化结果以及Ψ⁺，和与之相对应的可达广播速率