[发明专利]一种有源IRS辅助的移动通信系统功率分配方法

说明书

本发明公开了一种有源IRS辅助的移动通信系统功率分配方法，包括以下步骤：步骤1、获得BS‑用户链路、IRS‑用户链路及BS‑IRS链路的CSI，使所有链路的CSI在IRS处可用，建立用户QoS需求及有源IRS功率容限模型；步骤2、建立优化模型，在满足用户QoS的需求及有源IRS的最大功率容限的情况下，最小化基站处发射功率；步骤3、利用双线性变换和内近似的算法求解优化模型，得到功率分配方案。本发明的方法能够实现可观的功率节省。

技术领域

本发明属于移动通信关键技术领域，尤其涉及一种有源IRS辅助的移动通信系统功率分配方法。

背景技术

智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)源于软件定义的超材料。它由大量可重构元件组成，每个元件由智能软件控制器控制，以使入射信号相移，从而提高无线信道质量，并为未来的无线网络重建智能和绿色的无线电环境。在提高通信系统性能方面，IRS的研究主要集中在速率优化、功率优化和效率优化，其中效率优化包括能量效率(EE)和频谱效率(SE)的优化。

传统无源IRS的元件通过被动地反射入射信号并智能地调整相移，可以建设性地叠加和增强来自不同路径的接收信号。有源IRS的硬件结构与无源IRS不同，为了放大信号，有源IRS配备了相移电路和反射型放大器(例如电流反相转换器)。与低功率无源IRS不同，有源IRS的基站和放大器可以消耗类似的功率，这意味着有源IRS功耗不再可以忽略。

现有的大多数关于IRS研究都考虑引入无源IRS，它只能反映具有无源负载(正电阻)的信号。它工作在全双工(FD)模式下，没有放大/处理噪声和自干扰，因此它比传统的有源继电器具有更高的频谱效率和能量效率。然而，在实践中，由于双路径损耗效应，基站-IRS-用户链路的路径损耗通常比无障碍直接链路更严重。因此，部署无源IRS以提高系统性能的程度是有限的。为了解决这些挑战，可以在传统移动通信场景中引入一种新的IRS结构，即有源IRS。具体来说，有源IRS配备了由附加电源支持的反射放大器，其可以通过操纵可编程IRS元件反射信号并放大反射信号。当涉及到有源IRS时，从IRS的各种元件接收的信号被分别放大。此外，它可以有效地弥补路径损耗，而不会使IRS设计复杂化。实际上，为了达到有源IRS促进的潜在增益，有必要以适当的方式将有限的可用功率分配给每个有源IRS元件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：如何实现对有源IRS辅助移动通信系统的功率分配。

为解决上述技术问题，本发明提供一种有源IRS辅助的移动通信系统功率分配方法,包括以下步骤：

步骤1、获得BS-用户链路、IRS-用户链路及BS-IRS链路的信道状态信息(CSI)，使所有链路的CSI在IRS处可用，建立用户QoS需求及有源IRS功率容限模型；

步骤2、建立优化模型，在满足用户QoS(Quality of Service)的需求及有源IRS的最大功率容限的情况下，最小化基站处发射功率；

步骤3、利用双线性变换和内近似的算法求解优化模型，得到功率分配方案。

本发明达到的有益效果：本发明的方法，考虑有源IRS在移动通信系统中的部署，不同于传统的无源IRS，每个IRS元件都配备了放大器，由此产生的多用户通信系统的资源分配算法设计问题，通过联合优化了基站处的波束形成矢量、有源IRS的放大系数及相移，以最小化基站发射功率，为了解决公式化的非凸优化问题，本发明采用基于双线性变换和内近似的一种低复杂度算法，保证收敛到问题的局部最优解，能够实现可观的功率节省。另外，本发明的方法，有源IRS可以在附加电源的支持下同时调整相位并放大反射入射信号的幅度，可以有效地对抗IRS辅助通信系统中由于双路径损耗效应引起的性能下降。

附图说明

图1为有源IRS辅助MISO移动通信系统模型图。

具体实施方式