[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

说明书

本发明提供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，属于通信技术领域。所述方法包括：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。采用本发明，能够提高广播通信传输性能，并克服现有技术在IRS能量供给机制方面的缺陷。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是指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。

背景技术

智能反射面(Intelligent Reflecting Surface，IRS)是由大量可以在反射无线信号时引入相移的微单元组成的平面，具有低能耗、低成本、易部署的特点。通过配置每个微单元反射无线信号时引入的相移，IRS能够实现精细的反射波束成形，有效改善无线信号的传播环境。研究表明，在无线通信系统中部署IRS，能够使接收端处的无线信号强度得到明显的提升。

目前，已有一部分研究考虑利用IRS辅助广播通信系统(其中信号发射端将相同的消息广播至多接收端)，通过对多天线信号发射端波束成形与IRS反射波束成形开展设计提高系统性能，“Reconfigurable Intelligent Surface Aided Power Control forPhysical-Layer Broadcasting,”【IEEE Transactions on Communications,vol.69,no.11,Nov.2021.】一文即属于此列。现有的该方面的研究基本都假设IRS实现反射波束成形所需消耗的能量由电网或电池供给，然而，一方面，利用电网供能会加大IRS的部署难度，使IRS失去部署的灵活性；另一方面，利用电池无法实现长期供能，且在某些特殊场景(如高层建筑物外立面)下为IRS更换电池十分危险。

发明内容

本发明实施例提供了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，能够提高广播通信传输性能，并克服现有技术在IRS能量供给机制方面的缺陷。所述技术方案如下：

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。

进一步地，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