基于IRS辅助AF中继的无线通信方法、装置及设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于IRS辅助AF中继的无线通信方法、装置及设备，通过该无线通信方法能够将智能反射面和AF中继相结合用于无线通信系统的数据传输，使得该方法具有智能反射面和AF中继数据传输的优点，解决了目前IRS与AF中继是单独用于无线协作通信系统，并没有将IRS与AF中继相结合应用于无线通信系统的技术问题。该无线通信方法通过优化无线通信系统的可配置参数，并通过优化后的发射端的发送功率、AF中继发射功率、IRS前、后半传输周期的N个反射系数控制发射端、AF中继、IRS和接收端的运行，从而能够增强发射端与接收端之间的通信传输效率及信道容量，增强无线通信的稳健性。无线通信的稳健性。无线通信的稳健性。

【技术实现步骤摘要】
基于IRS辅助AF中继的无线通信方法、装置及设备


[0001]本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种基于IRS辅助AF中继的无线通信方法、装置及设备。

技术介绍

[0002]无线协作中继通信技术指的是在发射端和接收端之间部署一个或多个中继设备，将来自发射端的无线信号以某种方式放大，然后再向接收端发送，实现扩大无线信号覆盖范围或增强通信可靠性的目的。
[0003]现有中继最常用的中继策略是解码转发(Decode
‑
and
‑
forward，DF)和放大转发(Amplify
‑
and
‑
Forward，AF)，DF中继设备更复杂、技术难度大、成本更高，AF中继实现相对简单、技术复杂度低、经济成本低，因此，在实际应用中，AF中继得到了广泛应用。随着通信新技术的涌现和人工电磁材料的进展，智能反射面(Intelligent Reflecting Surface，IRS)进入人们视野，IRS由多个独立的无源的反射单元组成，每个单元可以主动控制电磁波反射系数的相移参数和幅度参数，在特定位置实现不同路径信号之间的叠加或相减，达到增强信号强度或抑制同频干扰的目的。IRS能耗低、经济高效，被认为是下一代无线通信的关键技术之一。
[0004]现有的DF中继通信系统和IRS辅助通信系统各有优缺点，当IRS反射单元达到几百个之多的时候，其通信性能可超越单个的DF中继系统。为了弥补IRS和中继各自的不足，收获二者的优势，让中继和IRS二者相互协作，相互融合。因此出现了将IRS用于辅助半双工/全双工DF中继的通信系统，该IRS辅助下的DF中继系统确实可以有效的提升系统性能。
[0005]AF中继实现相对简单、技术复杂度低、经济成本低，在实际应用中已得到了广泛应用。现有AF中继通信系统是由发射端、AF中继、接收端组成，IRS辅助通信系统是由发射端、IRS、接收端组成。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例提供了一种基于IRS辅助AF中继的无线通信方法、装置及设备，用于解决目前IRS与AF中继是单独用于无线协作通信系统，并没有将IRS与AF中继相结合应用于无线通信系统的技术问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：
[0008]一种基于IRS辅助AF中继的无线通信方法，应用于无线通信系统上，所述无线通信系统包括发射端、智能反射面、AF中继和接收端，所述智能反射面包括N个发射单元，该无线通信方法包括以下步骤：
[0009]获取所述发射端向所述智能反射面、所述AF中继和所述接收端传送第一信道参数、第二信道参数和第三信道参数，获取所述智能反射面向所述接收端传送的第四信道参数、所述AF中继向所述接收端传送的第五信道参数、N个所述反射单元的反射系数、所述AF中继的第一噪声参数和所述接收端的第二噪声参数；
[0010]对所述第一信道参数、所述第二信道参数、所述第三信道参数、所述第四信道参数、所述第五信道参数和N个所述反射系数进行增强优化处理，得到优化后所述发射端的发送功率、所述AF中继的发射功率、所述智能反射面的N个前半传输周期反射系数和N个后半传输周期反射系数；
[0011]在前半传输周期，通过所述发送功率和N个所述前半传输周期反射系数控制所述发射端和所述智能反射面运行，得到所述接收端的第一接收信号和所述智能反射面的发射信号；
[0012]在后半传输周期，通过所述发送功率、所述发射功率、所述发射信号和N个所述后半传输周期反射系数控制所述AF中继和所述智能反射面运行，得到所述AF中继输出的放大信号和所述接收端的第二接收信号。
[0013]优选地，该基于IRS辅助AF中继的无线通信方法包括：
[0014]采用第一接收信号公式对所述第三信道参数、所述第四信道参数、所述第一信道参数、所述发送功率和所述第二噪声参数进行计算，得到前半传输周期所述接收端的第一接收信号；
[0015]采用第二接收信号公式对所述第五信道参数、所述第四信道参数、所述第二信道参数、所述发送功率、所述第一噪声参数和所述第二噪声参数进行计算，得到后半传输周期所述接收端的第二接收信号；
[0016]对所述第一接收信号和所述第二接收信号进行最大比合并处理，得到所述接收端的接收信号。
[0017]优选地，所述第一接收信号公式为：
[0018][0019]式中，y
d1
为接收端前半传输周期的第一接收信号，h
sd
为第三信道参数，h
idT
为第四信道参数h
id
的转置，h
si
为第一信道参数，p
s
为发射端的发送功率，s是均方值为1的发送信号，z
d
为接收端的第二噪声参数；
[0020]所述第二接收信号公式为：
[0021][0022][0023]式中，y
d2
为接收端后半传输周期的第二接收信号，h
rd
为第五信道参数，h
idT
为第四信道参数h
id
的转置，h
si
为第一信道参数，h
irT
为AF中继输出放大信号h
ir
的转置，p
s
为发射端的发送功率，s是均方值为1的发送信号，z
d
为接收端的第二噪声参数，z'
r
为AF中继的第一噪声参数，p
r
为AF中继的发射功率，h
sr
为第二信道参数，为AF中继的第一噪声参数高斯分布的方差，对角矩阵为N个前半传输周期反射系数的矩阵，η
n
∈[0,1]，θ
n
∈[0,2π)，对角矩阵为N个后半传输周期反射系数的矩阵，ρ
n
∈[0,1]，φ
n
∈[0,2π)，n∈N，N为大于1的自然数。
[0024]优选地，该基于IRS辅助AF中继的无线通信方法包括：采用反射系数优化公式对所
述第一信道参数、所述第二信道参数、所述第三信道参数、所述第四信道参数、所述第五信道参数进行计算，得到优化后的所述智能反射面的N个前半传输周期反射系数和N个后半传输周期反射系数，所述反射系数优化公式为：
[0025][0026][0027]式中，为优化后第n个反射单元的前半传输周期反射系数，为优化后第n个反射单元的后半传输周期反射系数，h
sr
为第二信道参数，h
si
为第一信道参数，h
ir
为AF中继输出的放大信号，h
rd
为第五信道参数，h
id
为第四信道参数，n∈N，N为大于1的自然数。
[0028]优选地，该基于IRS辅助AF中继的无线通信方法包括：采用功率优化分配公式对所述第一信道参数、所述第二信道参数、所述第三信道参数、所述第四信道参数、所述第五信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于IRS辅助AF中继的无线通信方法，应用于无线通信系统上，所述无线通信系统包括发射端、智能反射面、AF中继和接收端，所述智能反射面包括N个发射单元，其特征在于，该无线通信方法包括以下步骤：获取所述发射端向所述智能反射面、所述AF中继和所述接收端传送第一信道参数、第二信道参数和第三信道参数，获取所述智能反射面向所述接收端传送的第四信道参数、所述AF中继向所述接收端传送的第五信道参数、N个所述反射单元的反射系数、所述AF中继的第一噪声参数和所述接收端的第二噪声参数；对所述第一信道参数、所述第二信道参数、所述第三信道参数、所述第四信道参数、所述第五信道参数和N个所述反射系数进行增强优化处理，得到优化后所述发射端的发送功率、所述AF中继的发射功率、所述智能反射面的N个前半传输周期反射系数和N个后半传输周期反射系数；在前半传输周期，通过所述发送功率和N个所述前半传输周期反射系数控制所述发射端和所述智能反射面运行，得到所述接收端的第一接收信号和所述智能反射面的发射信号；在后半传输周期，通过所述发送功率、所述发射功率、所述发射信号和N个所述后半传输周期反射系数控制所述AF中继和所述智能反射面运行，得到所述AF中继输出的放大信号和所述接收端的第二接收信号。2.根据权利要求1所述的基于IRS辅助AF中继的无线通信方法，其特征在于，包括：采用第一接收信号公式对所述第三信道参数、所述第四信道参数、所述第一信道参数、所述发送功率和所述第二噪声参数进行计算，得到前半传输周期所述接收端的第一接收信号；采用第二接收信号公式对所述第五信道参数、所述第四信道参数、所述第二信道参数、所述发送功率、所述第一噪声参数和所述第二噪声参数进行计算，得到后半传输周期所述接收端的第二接收信号；对所述第一接收信号和所述第二接收信号进行最大比合并处理，得到所述接收端的接收信号。3.根据权利要求2所述的基于IRS辅助AF中继的无线通信方法，其特征在于，所述第一接收信号公式为：式中，y
d1
为接收端前半传输周期的第一接收信号，h
sd
为第三信道参数，h
idT
为第四信道参数h
id
的转置，h
si
为第一信道参数，p
s
为发射端的发送功率，s是均方值为1的发送信号，z
d
为接收端的第二噪声参数；所述第二接收信号公式为：所述第二接收信号公式为：
式中，y
d2
为接收端后半传输周期的第二接收信号，h
rd
为第五信道参数，h
idT
为第四信道参数h
id
的转置，h
si
为第一信道参数，h
irT
为AF中继输出放大信号h
ir
的转置，p
s
为发射端的发送功率，s是均方值为1的发送信号，z
d
为接收端的第二噪声参数，z'
r
为AF中继的第一噪声参数，p
r
为AF中继的发射功率，h
sr
为第二信道参数，为AF中继的第一噪声参数高斯分布的方差，对角矩阵为N个前半传输周期反射系数的矩阵，η
n
∈[0,1]，θ
n
∈[0,2π)，对角矩阵为N个后半传输周期反射系数的矩阵，ρ
n
∈[0,1]，φ
n
∈[0,2π)，n∈N，N为大于1的自然数。4.根据权利要求2所述的基于IRS辅助AF中继的无线通信方法，其特征在于，包括：采用反射系数优化公式对所述第一信道参数、所述第二信道参数、所述第三信道参数、所述第四信道参数、所述第五信道参数进行计算，得到优化后的所述智能反射面的N个前半传输周期反射系数和N个后半传输周期反射系数，所述反射系数优化公式为：反射系数和N个后半传输周期反射系数，所述反射系数优化公式为：式中，为优化后第n个反射单元的前半传输周期反射系数，为优化后第n个反射单元的后半传输周期反射系数，h
sr
为第二信道参数，h
si
为第一信道参数，h
ir
为AF中继输出的放大信号，h
rd
为第五信道参数，h
id
为第四信道参数，n∈N，N为大于1的自然数。5.根据权利要求1所述的基于IRS辅助AF中继的无线通信方法，其特征在于，包括：采用功率优化分配公式对所述第一信道参数、所述第二信道参数、所述第三信道参数、所述第四信道参数、所述第五信道参数和N个所述反射系数进行计算，得到优化后的所述发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学易，李志忠，王永华，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：