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龙图腾网获悉中山大学申请的专利一种基于IRS的毫米波MIMO系统的预编码和反射波束设计方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116112045B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-12-05发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211441767.9，技术领域涉及：G06F30/20；该发明授权一种基于IRS的毫米波MIMO系统的预编码和反射波束设计方法是由姜园;刘欣;赵磊设计研发完成，并于2022-11-17向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于IRS的毫米波MIMO系统的预编码和反射波束设计方法在说明书摘要公布了：本发明公开一种基于IRS的毫米波MIMO系统的预编码和反射波束设计方法。该方法的核心是在基站和用户设备均采用模拟\数字混合波束形成结构，并考虑直接信道。本发明通过联合优化IRS反射系数矩阵、混合预编码器和组合器实现频谱效率最大化，同时低分辨率的移相器被用来实现IRS反射波束和模拟预编码器\组合器。本发明将该问题解耦成两个独立的优化问题并提出了一种连续迭代坐标上升算法来设计IRS反射波束，然后根据设计的反射系数矩阵和对应的级联信道，采用交替最小化迭代的方法设计混合波束形成器。此外，在模拟预编码器\组合器的设计中，采用矩阵向量化的操作将问题转化成可以用相同ICA算法直接求解的形式。

本发明授权一种基于IRS的毫米波MIMO系统的预编码和反射波束设计方法在权利要求书中公布了：1.一种基于IRS的毫米波MIMO系统的预编码和反射波束设计方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：获取基于IRS辅助的毫米波MIMO系统的参数，所述基于IRS辅助的毫米波MIMO系统的发射端和接收端均采用模拟\数字混合波束形成结构，并考虑直接信道； S2：根据所述基于IRS辅助的毫米波MIMO系统的参数，构建频谱效率最大化的问题，并联合优化IRS反射系数矩阵、混合预编码器矩阵和组合器矩阵； S3：将所述频谱效率最大化的问题解耦，并利用连续迭代坐标上升算法来设计IRS反射系数矩阵并由IRS反射系数矩阵得到固定的总级联信道； S4：根据总级联信道计算出最优的预编码器和组合器； S5：初始化模拟预编码器矩阵，交替迭代计算下一代的模拟预编码器矩阵和数字预编码器矩阵，直到相邻两代的模拟预编码器矩阵和数字预编码器矩阵组成的混合预编码器矩阵与最优的预编码器的差别小于阈值，进入步骤S6； S6：对步骤S5最后得到的数字预编码器矩阵执行功率约束，得到最终的数字预编码器矩阵； S7：模拟组合器矩阵和数字组合器矩阵同样利用步骤S4和S5得到，最后的数字组合器矩阵不需要执行功率约束； S8：输出最终的IRS反射系数矩阵、模拟预编码器矩阵、数字预编码器矩阵、模拟组合器矩阵和数字组合器矩阵； 步骤S1中所述基于IRS辅助的毫米波MIMO系统的参数包括信道矩阵Hs,Hr,Hd，传输功率P，数据流Ns，发射端Lt条射频链，接收端Lr条射频链，其中，Hs为发射端与IRS之间的信道矩阵，Hr为IRS与接收端之间的信道矩阵，Hd为发射端与接收端之间的信道矩阵； 步骤S2中所述频谱效率R表示为： 式中，为Ns维的单位矩阵，为加性高斯白噪声的方差，WRF、WBB为模拟组合器矩阵和数字组合器矩阵，表示矩阵的Moore-Penrose的伪逆，Heff为总级联信道，FRF、FBB为模拟预编码器矩阵和数字预编码器矩阵，FRF和WRF的所有元素都满足恒模约束； 步骤S2中构建频谱效率最大化的问题，并联合优化IRS反射系数矩阵、混合预编码器矩阵和组合器矩阵，具体为以下问题1： 式中，FRFi,j表示FRF中第i行第j列的元素，为FRF中第i行第j列的元素的相位，WRFi,j表示WRF中第i行第j列的元素，φi,j为WRF中第i行第j列的元素的相位，Θ为IRS反射系数矩阵，令v＝[v1,v2,...,vN]H并且θn为IRS反射系数矩阵的第n个元素的移向角，*表示复数共轭操作； 步骤S3中将所述频谱效率最大化的问题解耦，具体为： 利用全数字预编码矩阵和组合器矩阵来代替混合预编码矩阵FRFFBB和混合组合器矩阵WRFWBB，问题1简化为问题2： Heff＝HrΘHs+Hd 当反射矩阵Θ固定，就获得总信道Heff，然后使用典型的特征值分解来获得最优的F和W，令总级联信道Heff＝UΛVH是Heff的有序SVD分解，酉矩阵满足满足并且是奇异值构成的对角阵，则上述问题2的最优解可由Fopt＝V和Wopt＝U直接给出，基于最优全数字预编码器和组合器，得到仅涉及IRS反射矩阵Θ的优化问题3： 将问题3的代价函数缩放成一个更高的上界： 因此，问题3转化为最大化这个上界的问题4： 式中，并且独立于Θ，接着令和则Γi,i和Ωi,i表示成： 引入矩阵G： 通过引入辅助变量t，问题4等价地写成问题5： 式中，满足|t|＝1并且表示的第n个元素。

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