1.一种多用户场景的3D波束赋形和智能反射面相移优化方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:随机初始化0时刻基站天线下倾角 和智能反射面相移矩阵 接着根据迫零波束赋形算法初始化基站波束赋形矩阵 最后初始化加权和速率的相对增量Υ=∞,迭代索引t=0;此外,以P表示基站发送功率, 为从基站到用户k之间的信道, 为从智能反射面到用户k之间的信道,G为从基站到智能反射面之间的信道, 表示第k个用户的噪声功率,θd,k为用户k相对于基站天线的倾斜角,θr为智能反射面相对于基站天线的倾H 2斜角,θ3dB表示3dB波束宽度,K为总用户数,(·) 表示共轭转置,|·|表示计算复变量的模平方值;
步骤2:如果γ≥ε且t≤T,执行步骤3,否则执行步骤6;其中,T为最大迭代次数、ε为预设停止迭代门限;
步骤3:根据第t次迭代所得局部最优的智能反射面相移矩阵 求解第t+1次迭代时局部最优的基站天线下倾角 和基站波束赋形矩阵步骤4:根据第t+1次迭代所得局部最优的基站天线下倾角 和基站波束赋形矩阵求解第t+1次迭代时局部最优的智能反射面相移矩阵步骤5:根据第t+1次迭代所得局部最优的 和 计算K个用户的加权和速率 其中ηk为第k个用户的加权因子, 为第t+1次迭(t+1) (t)
代时第k个用户接收信号的信噪比;进一步,计算加权和速率的相对增量Υ=(O ‑O )/O(t+1),同时令t=t+1,返回执行步骤2;
步骤6:根据步骤2‑5所得局部最优的智能反射面相移矩阵 对智能反射面相移进行配置,中各对角线元素的相位即为智能反射面各反射单元对应的相位值;进一步,根据步骤
2‑5所得局部最优的基站天线下倾角 按照电子下倾的方式对天线波束指向进行调整;最后,根据步骤2‑5所得局部最优的基站波束赋形矩阵 对发送信号进行波束赋形处理。
2.根据权利要求1所述的一种多用户场景的3D波束赋形和智能反射面相移优化方法,其特征在于,所述步骤3中,第t+1次迭代时优化基站天线下倾角和基站波束赋形矩阵的方法具体为:S31:初始化0时刻的矢量 加权和速率的相对增量为Υ1=∞,迭代索引a=0;其中,矢量 的前K个元素表示基站为K个用户分配的初始发送功率;
S32:如果Υ1≥ε,执行步骤S33,否则执行步骤S37;
S33:根据迫零波束赋形算法求解第a+1次迭代时的波束赋形方向S34:计算式(1)在 的梯度,进一步根据梯度下降法计算第a+1次迭代时局部最优的矢量其中, xk为矢量x的第k个元素,xK+1为矢量x的第K+1个元素, 为矩阵 的第k列矢量, 表示第k个用户的噪声功率,S35:按照式(2)所示最优化方法求解最优的矢量其中, 为优化变量,a=[1,1,…,1,0], 表示矢量 的第k个元素, 表示矢量 的第K+1个元素;
S36:计算加权和速率 其中ηk为第k个用户的加权因子, 为第a+1次迭代时第k个用户接收信号的信噪比;进一步,计算加权和速率的相对(a+1) (a) (a+1)增量Υ1=(O ‑O )/O ,同时令a=a+1,返回执行步骤S32;
S37:根据步骤S32‑S36得到局部最优的矢量 进一步的,矢量 的第K+1个元素值即为第a+1次迭代所得局部最优的基站天线下倾角 矢量 的前K个元素值为基站分配给K个用户的发送功率,进一步根据迫零波束赋形算法来得到基站波束赋形矩阵
3.根据权利要求2所述的一种多用户场景的3D波束赋形和智能反射面相移优化方法,其特征在于,所述步骤4中,第t+1次迭代时优化智能反射面相移矩阵的方法具体为:S41:初始化0时刻的加权和速率的相对增量为Υ2=∞,迭代索引c=0;
S42:如果Υ2≥ε,执行步骤S43,否则执行步骤S47;
S43:根据式(3)计算第c+1次迭代时用户k对应局部最优的译码因子其中, 为第k个用户对应的等效信道,其
中, 为第c次迭代时
局部最优的智能反射面相移矩阵;
S44:计算第c+1次迭代时用户k对应局部最优的辅助参数 其中,其中 表
H
示取复数实部处理,(·) 表示共轭转置处理;
S45:根据式(4)采用交替方向乘子算法计算第c+1次迭代时局部最优矢量 进一步,智能反射面相移矩阵表示为 其中,diag{·}表示生成对角化矩阵;
(c+1) (c+1) H (c+1) (c+1)其中,φ 为优化变量,(φ ) 为矢量φ 的共轭转置矢量, 为矢量φ 的第n个元素,N为智能反射面单元数,U和v根据加权和均方误差等效方法来确定;
S46:计算加权和速率 其中ηk为第k个用户的加权因子, 为第c+1次迭代时第k个用户接收信号的信噪比;进一步,计算加权和速率的相对(c+1) (c) (c+1)增量Υ2=(O ‑O )/O ,同时令c=c+1,返回执行步骤S42;
S47:根据步骤S42‑S46得到局部最优的智能反射面相移矩阵