本發(fā)明屬于通信，具體涉及一種在復雜非理想csi和功率受限條件下的ris賦能cf網(wǎng)絡下行通信方法。

背景技術(shù)：

1、隨著未來無線通信技術(shù)的快速發(fā)展以及萬物互聯(lián)時代的到來，通信用戶數(shù)量以及用戶對通信速率的要求日益劇增，傳統(tǒng)的蜂窩架構(gòu)所存在的信號干擾和頻繁越區(qū)切換等問題逐漸凸顯，嚴重影響了通信質(zhì)量和用戶體驗。因此，以用戶為中心的去蜂窩(cell-free，cf)大規(guī)模多輸入多輸出(multiple?input?multiple?output，mimo)架構(gòu)被提出，旨在有效解決無線通信所面臨的頻譜效率和能量效率瓶頸。在cf網(wǎng)絡中，大量的分布式小型接入點(access?point，ap)被部署在用戶的周圍，通過中央處理單元對各個ap的資源進行分配，以及對ap之間的協(xié)作控制來對用戶進行數(shù)據(jù)通信服務。這種架構(gòu)使aps與用戶之間的平均路徑損耗減小，有效減少了用戶之間的干擾，從而獲得更好的用戶通信體驗。但是，由于多變周遭環(huán)境的不確定因素，ap與用戶之間的通信很可能遭受樹木、建筑等物體的阻斷，導致用戶體驗不佳。近年來，一種名為智能超表面(reconfigurable?intelligent?surfaces，ris)的新型無線設備被業(yè)界提出，并且被認為是未來6g的潛在關鍵技術(shù)之一。ris由大量可重構(gòu)的反射電磁單元構(gòu)成，這些單元可以智能地調(diào)控入射信號的相位、幅度、極化和頻率，然后再反射給用戶。ris的出現(xiàn)實現(xiàn)了對不可控的無線傳播環(huán)境的控制，構(gòu)建智能可編程無線環(huán)境新范式。ris不具備信號處理能力，其具有低成本、低復雜度、靈活性強的特點，其被廣泛應用到cf網(wǎng)絡架構(gòu)中作為ap與用戶之間通信的橋梁，從而徹底解決信號被遮擋的問題，再利用電磁單元對信號進行幅、相調(diào)控，能夠更有效地提升網(wǎng)絡的整體傳輸性能。

2、現(xiàn)有的諸多研究已經(jīng)證明，ris能夠顯著擴大信號的覆蓋范圍，保證cf網(wǎng)絡用戶通信的可靠性，再通過算法方案來聯(lián)合設計ap與ris的電磁波束，實現(xiàn)網(wǎng)絡傳輸性能的顯著提升。然而，現(xiàn)有的技術(shù)主要存在兩個不足之處。首先，現(xiàn)有技術(shù)均考慮ris的功率資源充沛，能夠保證其所有電磁單元正常工作。雖然ris是一種低功耗器件，但是其每個電磁單元上電路的功率消耗仍然不可忽視，尤其是目前業(yè)界新提出的有源ris，其電路上的功放器件對功率的要求更高。因此，當系統(tǒng)中ris的供電功率受限時，往往無法支持所有的電磁單元能夠正常工作，如何在該情況下選擇有限的電磁單元來提升cf網(wǎng)絡的傳輸性能具有很高的應用價值，目前仍然缺乏有效的技術(shù)支持。其次，在實際應用中，由于量化誤差的因素，系統(tǒng)在對信道狀態(tài)信息(channel?state?information,csi)的估計過程中通常存在估計誤差，而現(xiàn)有的技術(shù)均僅考慮ap-ris-用戶的級聯(lián)信道估計誤差，而忽視了更復雜的ap-ris，ris-用戶單獨這兩段信道的估計誤差。在某些應用場景下，這兩段的csi需要被單獨估計出來，比如含有多天線ap和用戶的mimo場景，以及有源ris輔助下的場景。尤其是在有源ris輔助的場景中，為了抑制ris端放大噪聲對用戶接收性能的影響，需要獲得ris-用戶這一段的csi。并且，在估計的過程中也有可能產(chǎn)生新的誤差，從而對信號波束的準確指向造成影響，造成用戶接收性能的降低。因此，在同時考慮ris的級聯(lián)和分段csi估計誤差的復雜條件下，來提升用戶數(shù)據(jù)傳輸性能這一新問題，對于推動ris技術(shù)在cf網(wǎng)絡的應用走向成熟及實用具有更積極的意義。目前，尚未發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)能夠解決該問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：

2、為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供一種在復雜非理想csi和功率受限條件下的ris賦能cf網(wǎng)絡下行通信方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在鏈路誤差估計單一以及系統(tǒng)功率資源有限的問題。

3、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

4、一種在復雜非理想csi和功率受限條件下的ris賦能cf網(wǎng)絡下行通信方法，其特征在于，包括：

5、基于ris輔助場景構(gòu)建復雜非理想csi和功率受限下的cf網(wǎng)絡模型，根據(jù)所述的ris輔助的復雜非理想csi和功率受限下的cf網(wǎng)絡模型構(gòu)建接收端用戶的傳輸模型；

6、根據(jù)所述接收端用戶的傳輸模型，得到接收端用戶的信干噪比；

7、根據(jù)所述接收端用戶的傳輸模型和所述接收端用戶的信干噪比，設計最大化最差用戶通信速率模型；

8、利用交替算法求解所述最大化最差用戶通信速率模型的優(yōu)化問題，得到最終的信息傳輸方案。

9、本發(fā)明進一步的技術(shù)方案：所述ris輔助場景為無源ris輔助場景或有源ris輔助場景。

10、本發(fā)明進一步的技術(shù)方案：所述ris輔助的復雜非理想csi和功率受限下的cf網(wǎng)絡模型為無源ris輔助的復雜非理想csi和功率受限下的cf網(wǎng)絡模型或有源ris輔助的復雜非理想csi和功率受限下的cf網(wǎng)絡模型。

11、本發(fā)明進一步的技術(shù)方案：利用交替算法求解所述最大化最差用戶通信速率模型的優(yōu)化問題，得到最終的信息傳輸方案的步驟中；包括：

12、將所述ris輔助場景下的最大化最差用戶通信速率模型分解，并分別利用以波束成形w和ris電磁單元系數(shù)ris電磁單元選擇矩陣a為優(yōu)化變量的兩個子優(yōu)化模型優(yōu)化所述最大化最差用戶通信速率模型；

13、在所述交替算法的框架下求得最終的信息傳輸方案。

14、本發(fā)明進一步的技術(shù)方案：將所述ris輔助場景下的最大化最差用戶通信速率模型分解，并分別利用以波束成形w和ris電磁單元系數(shù)ris電磁單元選擇矩陣a為優(yōu)化變量的兩個子優(yōu)化模型優(yōu)化所述最大化最差用戶通信速率模型的步驟中，包括：

15、設定ris的電磁單元參數(shù)和選擇矩陣參數(shù)，并結(jié)合ris輔助場景下的最大化最差用戶通信速率模型得到該場景下波束成形優(yōu)化策略；

16、根據(jù)ris的波束形成優(yōu)化策略，并結(jié)合最大化最差用戶通信速率模型，得到ris的電磁單元系數(shù)和選擇矩陣優(yōu)化策略；

17、基于ris的電磁單元和選擇矩陣優(yōu)化策略迭代更新ris的電磁單元參數(shù)和選擇矩陣參數(shù)，重復執(zhí)行上述步驟，直至ris的波束成形優(yōu)化策略和ris電磁單元和選擇矩陣優(yōu)化策略的變量收斂，得到最大化最差用戶通信速率方案。

18、一種計算機系統(tǒng)，其特征在于包括：一個或多個處理器，計算機可讀存儲介質(zhì)，用于存儲一個或多個程序，其中，當所述一個或多個程序被所述一個或多個處理器執(zhí)行時，使得所述一個或多個處理器實現(xiàn)上述的方法。

19、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于存儲有計算機可執(zhí)行指令，所述指令在被執(zhí)行時用于實現(xiàn)上述的方法。

20、一種計算機程序產(chǎn)品，其特征在于包括計算機可執(zhí)行指令，所述指令在被執(zhí)行時用于實現(xiàn)上述的方法。

21、本發(fā)明的有益效果在于：

22、本發(fā)明提供的一種在復雜非理想csi和功率受限條件下的ris賦能cf網(wǎng)絡下行通信方法，在同時考慮級聯(lián)鏈路和分段鏈路估計誤差的復雜非理想csi情況下，完成cf大規(guī)模mimo架構(gòu)下的高質(zhì)量通信，同時，本發(fā)明在功率受限條件下，提出通過ris選擇矩陣對有限個可正常工作的ris電磁單元進行優(yōu)化選擇，進一步提高ris對電磁環(huán)境的調(diào)控能力，從而在功率受限的條件下提高通信速率，而且，本發(fā)明利用有源ris對反射信號幅度的放大，有效抑制現(xiàn)有無源ris輔助場景下難以解決的“雙重衰落”效應。相比于現(xiàn)有的僅優(yōu)化波束成形和僅優(yōu)化波束成形和ris電磁單元相移、幅度的方案，該技術(shù)能夠在更加復雜的環(huán)境中更有效地提高系統(tǒng)通信速率。