1.双向MIMO通信系统中预编码矩阵和相移矩阵优化方法，系统采用基于智能反射面辅助的双向MIMO通信系统，以最大化系统和速率为目的，对源节点预编码矩阵、智能反射面的相移矩阵进行优化，其特征在于具体包括：

1)系统模型的建立，具体包括以下步骤：

1.1)基于智能反射面辅助的双向多天线通信系统中，两个源节点S1和S2通过一个智能反射面辅助交换信息，两个源节点天线数为N，智能反射面的反射元件为M，其中M≥N，且两个源节点之间由于严重的衰落没有直接链路；

1.2)两个源节点同时发送信息，智能反射面R对传送过来的信息进行反射，源节点Si的发送信号表示为：xi＝Fisi，i＝1，2，其中Fi是源节点Si的预编码矩阵，si是该源节点需要发送的消息向量，功率约束条件 智能反射面反射来自两个源节点的和信号，其反射信号可以表示为xR＝Θ(H1x1+H2x2)，其中对于i＝1，2，Hi代表源节点Si到智能反射面节点R的M×N的信道矩阵， 是智能反射面的相移矩阵，其中diag(θ1，...，θM)表示对角矩阵，其中反射效率η≤1，θm是反射系数，其中m＝1，2，3...M；

对于反射系数根据实际的智能反射面限制，考虑以下三种情况：

1.2.1)每一个智能反射面的反射单元都能够控制反射信号的振幅和相位，则

1.2.2)每一个反射单元只调整相位，则

1.2.3)每一个反射单元只能取有限个相位，假设在[0，2π]有τ个等间隔的相位电平，则其中Γ1，Γ2，Γ3表示智

能反射面反射系数的三种情况；τ表示2π内相位变化的次数φm表示相移的角度，j表示虚数；

1.3)智能反射面向源节点进行反射，两个源节点分别进行接收，接收端收到信号为：其中 Gi是智能反射面到源节点之间的N×M信道矩阵，Hi表示源节点到智能反射面的M*N信道矩阵，Hii是来自源节点的残留自干扰矩阵；zi表示高斯噪声，其标准方差矩阵为IN，两源节点采用信道估计获得信道状态信息，智能反射面的相移矩阵，因此可以完全消除自干扰项GiΘHiFixi，则源节点接收信号表达式为： 这样可达速率表示为 其中

2)对源节点预编码矩阵和智能反射面相移矩阵进行优化使和速率最大化的具体步骤如下：

2.1)和速率最大化的优化问题表示为：其中F可以为1.2.1)、1.2.2)和1.2.3)中F1，F2，F3三个集合之一；

2.2)步骤2.1)的问题可以转化为：θm∈Γ，m＝1，2，...，M通过转换之后，接下来将对上述问题进行优化；

2.3)首先固定Fi和Θ，对Wi和∑i进行优化；

2.4)固定Fi，Wi，和∑i，对智能反射面的相移矩阵Θ进行优化；

2.5)固定W1，∑1，W2，∑2和Θ，对Fi进行优化；

2.6)通过迭代的方式解决最初的优化问题，每一次迭代，都会离最优结果更近；若在未超过迭代次数Tmax，将步骤2.4)、步骤2.5)优化的结果代回系统和速率的表达式，得到当前j+1 j

的和速率，与上一轮的进行比较，若|R ‑R|≤ε，j＝1，...，Tmax，则达到优化目标确定最优结果，取得最大和速率，其中ε表示允许误差范围，j+1表示当前迭代次数；否则跳回步骤j+1

2.3)；若超过迭代次数Tmax，则输出最后一次迭代结果θ ，

2.根据权利要求1所述的双向MIMO通信系统中预编码矩阵和相移矩阵优化方法，其特征在于所述步骤2.3)中固定Fi和Θ，对Wi和∑i进行优化；其优化问题为：上述问题的解为：

所述步骤2.4)固定Fi，Wi，和∑i，对智能反射面的相移矩阵Θ进行优化；得到优化问题为：

s.t.θm∈Γ，m＝1，...，M.

其中 Ai⊙Bi表示Ai和Bi的哈达玛积， 其中ci是N×1的向量其元素是HiFi 乘积结果的对角线元素，然后针对反射系数不同的情况对智能反射面的相移矩阵Θ进行优化；

针对1.2.1)中Γ＝Γ1的情况，优化问题变为：H

s.t.θεmεmθ≤1，m＝1，...，M.

其中εm表示一个向量，其第m个元素为1，其他元素全为0；这样可以得到最优的其中 是优化拉格朗

日对偶变量，其中 可以通过次梯度或者椭球法获得；

所述步骤2.5)固定W1，∑1，W2，∑2和Θ，对Fi进行优化；优化问题可表示为：这样可以分别对F1和F2进行优化。

3.根据权利要求2所述的双向MIMO通信系统中预编码矩阵和相移矩阵优化方法，其特征在于所述的步骤2.5)对F1和F2进行优化的步骤为：

2.5.1)首先对F1进行优化，其优化问题可以被表述为：其中

因为J1是半正定的，这样可以得出最优解 其中λ°是拉格朗日对偶变量， 可以通过次梯度或者椭球法获得；

2.5.2)对F2进行优化，其优化问题可以被表述为：其中

因为J2是半正定的，这样可以得到最优解 其中λ°是拉格朗日对偶变量， 可以通过次梯度或者椭球法获得。

4.根据权利要求2所述的双向MIMO通信系统中预编码矩阵和相移矩阵优化方法，其特征在于1.2.2)中Γ＝Γ2的情况，优化步骤与Γ＝Γ1从步骤2.2)到步骤2.5)都相同，除了步骤2.4)，其中初始值采用原优化问题在Γ＝Γ1情况下的解，对于步骤2.4)中的相移矩阵Θ的优化，采用方法如下，首先对于Γ＝Γ1，按照权利要求2获得最优反射参数为 对应的相移角为 然后对于Γ＝Γ2，其解为

5.根据权利要求2所述的双向MIMO通信系统中预编码矩阵和相移矩阵优化方法，其特征在于针对1.2.3)中Γ＝Γ3的情况，优化步骤与Γ＝Γ1从步骤2.2)到步骤2.5)都相同，除了步骤2.4)，其中初始值采用原优化问题在Γ＝Γ1时的解，对于步骤2.4中的相移矩阵Θ，采用如下方法，首先对于Γ＝Γ1，按照权利要求2获得最优反射参数为 相移角为然后对于Γ＝Γ3，其解定为 其中