本技术涉及无线通信技术,特别是一种多IRSs辅助MIMO通信系统中的用户选择和波束赋形方法。该方法首先构建多IRSs辅助MIMO通信系统模型,然后联合优化基站发射波束赋形向量、IRSs相移和用户选择变量,以最大化用户的加权和速率,形成优化问题P1。通过加权1-范数将用户选择隐式整合到波束赋形向量中,并利用分式规划引入辅助变量,将P1转化为P2。最终求解P2,获得最优波束赋形向量、IRSs相移和用户选择策略。本发明通过精确的用户选择和IRS元素相位控制,重新配置信道,以实现用户和速率的最大化,提升系统性能。
背景技术
随着无线通信技术的迅猛发展,人们对其期望日益增高。现有的5G系统虽在一定程度上满足了高速率、低时延通信的需求,但存在硬件成本高、功耗大及复杂度高等问题,给运营商和用户带来诸多不便。第六代移动通信(Sixth Generation,6G)的目标是满足比5G更高的要求,例如通信设备的海量接入、超高流量、超低时延和超高可靠性等。作为最具有代表性的新技术之一,智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)由于能够实时改变无线传输环境,扩展覆盖范围、消除干扰和增强能源效率,相比6G网络其他技术,IRS因其具有体积小、低能耗、易于布署等显著优势而得到广泛关注。
IRS是一种无源设备,它的引入为无线通信系统增加了一个设计维度,可对无线信道进行干预,实现“一定程度”的可控信道,这取决于算法和覆盖密度。IRS能降低电磁波传播能耗、扩大通信覆盖范围、抵抗干扰噪声并提高频谱利用率。
随着全球移动互联网的快速发展,移动宽带用户数量呈现了爆发式增长,海量通信设备同时接入网络,需要解决的主要挑战就是如何有效分配和管理网络资源。然而,目前有关IRS辅助通信系统的研究绝大多数并未考虑海量设备同时接入网络,忽略了热点区域中的用户远远大于基站端的天线数量的情况,仍考虑的是小区内基站能在相同时频资源块下服务海量通信设备。虽然许多方案在没有IRS的蜂窝网络中进行了基站处波束形成和用户选择的联合设计,但这些算法不可能应用于IRS辅助网络,因为对于选定的用户,需要通过控制IRS元素的幅值和相位来重新配置信道,因此在IRS辅助通信系统中需要一种新的用户选择算法来优化系统性能。另一方面,当通信系统直连链路严重受阻和大规模集中布署存在困难时,采用多个智能反射面(Intelligent Reflecting Surfaces,IRSs)提高系统性能显得尤为必要。针对多IRSs辅助MIMO通信网络中,存在海量通信设备,如何联合优化用户选择、基站处的波束赋形和IRSs的相移形仍是一个挑战。
实现思路