IRS辅助毫米波MIMO系统波束赋形优化的低复杂度方案

来源：信号处理杂志 2022年第9期北京时间：

作者：王长江, 傅友华

摘要：智能反射表面（intelligent reflective surface，IRS）被认为是无线通信网络的前景技术之一。然而由于IRS无源波束赋形优化受到本身所具有的非凸恒模约束，现有工作在IRS辅助的多输入多输出（multiple input multiple output，MIMO）系统中的研究只能得到次优解且具有较高的复杂度。本文考虑一个单用户IRS辅助通信的毫米波MIMO系统，为了最大化频谱效率，优化通信接入点AP（access point）端有源和IRS端无源波束赋形矩阵。首先将有源和无源波束赋形矩阵解耦，得到AP的最优有源波束赋形解，将IRS无源波束赋形设计问题推导为一个非凸二次约束二次规划（quadratically constrained quadratic programming，QCQP）问题；采用低复杂度的连续闭式解（successive closed form，SCF）算法求解IRS无源波束赋形矩阵，为了衡量SCF算法性能，分析对比了现有的最优分支界定（branch and bound，BnB）算法。仿真结果验证了SCF算法在IRS相移连续和离散时均能在较低复杂度达到较高的频谱效率性能。

关键词：‍‍智能反射表面, 无源波束赋形, 恒模约束, 连续闭式解, 分支界定