【摘 要】
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随着无线通信技术的发展,各种新型应用对通信系统的传输速率提出了更高的要求。目前的第五代移动通信（The 5th Generation of Mobile Communication Systems,5G）技术虽能满足高速率、低时延的要求,但也面临高功耗、高成本等挑战。智能反射面（Intelligent Reflecting Surface,IRS）具有成本低、功耗小和易部署等优势,能够显著地提升通
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随着无线通信技术的发展,各种新型应用对通信系统的传输速率提出了更高的要求。目前的第五代移动通信（The 5th Generation of Mobile Communication Systems,5G）技术虽能满足高速率、低时延的要求,但也面临高功耗、高成本等挑战。智能反射面（Intelligent Reflecting Surface,IRS）具有成本低、功耗小和易部署等优势,能够显著地提升通信系统的频谱效率和能量效率,受到了学术界和工业界的广泛关注。智能反射面是由超材料所组成的面板,面板上包含大量无源反射单元,每个反射单元都可以独立调整反射系数以改变信号的幅度和相位。基站通过控制器连接智能反射面实时调控智能反射面的反射系数,达到重构无线传播环境的目的。由于频谱资源有限,如何权衡频谱资源和用户之间的公平性使得每个用户都能够享受到优质服务,是值得研究的重点问题。因此,本文研究了基于公平性的智能反射面辅助上/下行链路设计方案,具体研究内容如下。第一,针对基于智能反射面辅助的多用户下行链路通信系统,研究了以用户最小加权信干噪比（Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR）为公平性指标构建优化问题,采用交替优化方法分别优化基站的主动波束赋形矩阵,以及智能反射面的被动波束赋形矩阵。针对优化问题中非凸约束采用连续凸近似（Successive Convex Approximation,SCA）方法化简,从而显著降低复杂度。仿真结果表明,所提方案能够显著增强用户之间的公平性,具有较低的复杂度。随着基站天线数目和智能反射面的反射单元数目增加,用户最小的加权SINR也逐渐增加。第二,针对基于智能反射面辅助的多用户上行链路通信系统,以用户最小加权SINR为公平性指标构建优化问题。采用交替优化的方法分别优化基站的检测矩阵和智能反射面的被动波束赋形矩阵。在固定被动波束赋形矩阵条件下,推导了最优基站检测矩阵的闭合表达式,然后针对智能反射面被动波束赋形优化问题中的非凸约束,采用SCA方法进行化简,将原问题转化为凸问题从而得到解决。仿真结果表明,采用SCA方法优于传统的半定松弛（Semi-Definite Relaxation,SDR）方法,能显著的增强用户的公平性。随着基站天线数目和智能反射面的反射单元数目增加,用户最小加权SINR逐渐增加。
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