[发明专利]基于部分CSI的RIS辅助多用户下行鲁棒无线传输方法

权利要求书

1.一种基于部分CSI的RIS辅助多用户下行鲁棒无线传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)构建RIS辅助的多用户下行无线传输系统，所述系统包括一个多天线基站、一块由多个被动反射单元构成的RIS及多个单天线用户；

(2)针对RIS辅助的多用户下行无线传输系统，多个单天线用户和基站分别向RIS发射导频信号，RIS分别估计出RIS到基站和用户的有误差的CSI；

(3)以最大化多用户的大系统近似和速率为优化目标，借助估计得到的有误差的CSI，设计波束矩阵，并利用统计CSI设计RIS对角候选相位矩阵，进行信号的传输；

所述步骤(2)实现过程如下：

系统中有K个用户，基站有N根天线，RIS有L个被动反射单元，RIS到基站链路的CSI只含视线LOS成分，用户和基站分别发送导频信号到RIS，发送端估计出RIS到基站的CSI为H₁，由于RIS和基站装配在较高处且距离较近，故H₁只包含视线LOS成分；RIS到用户k的CSI为：

其中，k∈[1,K]，是CSI的视线LOS成分，T_2,k是空间相关性矩阵，x_2,k是真实的信道快衰弱成分，是估计得到的快衰弱成分，是真实的快衰弱成分，v_2,k是快衰弱成分的估计误差，和v_2,k都为均值为0，方差为的独立同分布向量，τ_k表示对估计信道的不确定程度；

所述步骤(3)包括以下步骤：

(31)设定最大迭代次数和收敛阈值：随机初始化P个对角候选相位矩阵Θ₁0,Θ₂0,…,Θ_P(0)，并满足对角线元素的绝对值为1，接着初始化P个对角候选相位矩阵对应的对角速度矩阵V₁(0),V₂(0),…,V_P(0)；分别初始化P个对角候选相位矩阵的局部最优解为：F_p＝Θ_p(0)，其中p∈[1,P]；初始化全局最优解F_pg为P个局部最优解中令大系统近似和速率最大的解；

(32)更新第p个对角候选相位矩阵和其对应的对角速度矩阵：

V_p(i+1)＝V_p(i)+c₁J₁⊙(F_p-Θ_p(i))+c₂J₂⊙(F_pg-Θ_p(i))

Θ_p(i+1)＝Θ_p(i)+V_p(i+1)

其中，J₁和J₂是服从均匀分布的随机向量，c₁和c₂是正的加速度系数，⊙表示哈达马乘积；

(33)分别计算对角候选相位矩阵为Θ_p(i)和F_p时的大系统近似和速率，如果前者大于后者，则更新F_p＝Θ_p(i)，其中p∈[1，P]；并更新全局最优解F_pg为P个局部最优解中令大系统近似和速率最大的解；

(34)重复执行步骤(32)和步骤(33)，直到迭代次数大于最大迭代次数或代数之差小于收敛阈值，此时得到RIS对角候选相位矩阵Θ＝F_pg；

(35)计算波束矩阵：其中复合信道α是正则化系数，ξ是归一化系数：

其中，P是基站的发射功率；

步骤(31)所述的大系统近似和速率通过以下公式实现：

其中，ρ表示发送信噪比，σ²表示噪声功率；表示有用信号的功率；表示来自其他干扰信号的功率；表示噪声功率，和表示辅助变量，其中：

其中，和ψ_k都是辅助变量，分别有如下表达式：

其中，tr(·)表示矩阵的迹，I_L是L维的单位矩阵，Ψ和T_k是辅助变量，表达式分别如下：

其中，表示LOS复合信道，辅助变量Λ，Φ表达式如下：

Λ＝diag((1+e₁)^-1，...，(1+e_k)^-1)，

其中，diag(·)表示括号中元素为对角线元素的对角矩阵，e_k是K个方程的唯一解，是辅助变量，[·]_kk表示矩阵第k行第k列的元素：

函数由下式给出：

其中，[·]_i表示向量的第i个元素，η₁和η₂是下面等式的解：

辅助变量∈₁，∈₂，Γ₁₁，Γ₁₂，Γ₂₁，Γ₂₂的表达式分别为：