[發(fā)明專(zhuān)利]基于智能反射面和發(fā)射端的聯(lián)合波束賦形與空間調(diào)制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110332655.9
• 申請(qǐng)日: 2021-03-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113114311B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳贇;高浩然;白恩健;蔣學(xué)芹
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04B7/0413
• 分類(lèi)號(hào): H04B7/0413;H04B7/06
• 代理公司: 上海申匯專(zhuān)利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊;柏子雵

1.一種基于智能反射面和發(fā)射端的聯(lián)合波束賦形與空間調(diào)制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)建立智能反射面MIMO無(wú)線通信系統(tǒng)模型：

在MIMO系統(tǒng)中配置N_T根天線的基站與N_R根天線的接收端在智能反射面的輔助下進(jìn)行通信；MIMO系統(tǒng)收發(fā)端之間的信道分為智能反射面與基站之間的子信道T以及接收端與智能反射面之間的子信道

經(jīng)空間調(diào)制后，第k根天線的接收信號(hào)為：

y_k＝r_kPTws+n_k (1)

式(1)中，將第i個(gè)反射單元上的反射相移系數(shù)建模為θ_i∈[0,2π)，幅度系數(shù)ρ∈[0,1]，代表智能反射面上的相移反射矩陣；w是波束賦形向量；s代表發(fā)送符號(hào)，其均值為0，方差為1；n_k為高斯白噪聲，均值為0，方差為σ²；

(2)考慮連續(xù)相移與離散相移兩種方案，在發(fā)射端與智能反射面進(jìn)行聯(lián)合波束賦形，以最大化信噪比，并將連續(xù)方案下的波束賦形優(yōu)化描述為問(wèn)題(P1)：

s.t.‖w‖²≤p (3)

將離散方案下的波束賦形優(yōu)化描述為問(wèn)題(P2)：

s.t.‖w‖²≤p (6)

式(2)至式(7)中，p是最大發(fā)射功率；I為離散相移序列；

(3)在聯(lián)合波束賦形優(yōu)化的同時(shí)，采用基于接收端的空間調(diào)制來(lái)有效獲得傳輸比特率；系統(tǒng)具有N_R根接收天線，并進(jìn)行M-PSK或M-QAM調(diào)制，用于傳輸每組b₁+b₂比特的數(shù)字信號(hào)，其中前b₁比特映射為接收天線索引k，后b₂比特映射為星座點(diǎn)符號(hào)s；

(4)分別使用兩種檢測(cè)算法進(jìn)行解調(diào)，一種檢測(cè)算法為貪婪檢測(cè)，另一種檢測(cè)算法為基于窮舉搜索的最大似然檢測(cè)算法。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能反射面和發(fā)射端的聯(lián)合波束賦形與空間調(diào)制方法，其特征在于，通過(guò)以下方法解決問(wèn)題(P1)，實(shí)現(xiàn)基站與智能反射面波束賦形的分步優(yōu)化：

是r_k的第i個(gè)元素，代表第k根接收天線到第i個(gè)反射單元之間的信道，其中k＝1,2,...,N_R，而且i＝1,2,...,N，β_k,i表示信道幅度，φ_k,i表示信道角度；對(duì)于任意給定的發(fā)射波束向量第i個(gè)反射單元與基站之間的信道都可表示為其中是T的第i行向量，l_i表示信道幅度，α_i表示信道角度；第i個(gè)反射單元的反射相移為考慮到最大反射，ρ被設(shè)定為1，則問(wèn)題(P1)的目標(biāo)函數(shù)SNR_k可表示為：

式(8)中，σ²表示噪聲功率；

現(xiàn)有可通過(guò)設(shè)置ξ_i＝ξ獲取最大值，所以設(shè)置第i個(gè)反射單元的相移θ_i＝φ_k,i+α_i來(lái)實(shí)現(xiàn)信噪比的最大化；

在此MIMO系統(tǒng)中，利用最大比傳輸實(shí)現(xiàn)基站波束賦形的最優(yōu)化，即，

通過(guò)對(duì)θ_i、w二者的交替優(yōu)化直至收斂，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)相移方案下信噪比最大化的目標(biāo)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能反射面和發(fā)射端的聯(lián)合波束賦形與空間調(diào)制方法，其特征在于，通過(guò)以下方法解決問(wèn)題(P2)，實(shí)現(xiàn)基站與智能反射面波束賦形的分步優(yōu)化：

對(duì)于智能反射面的無(wú)源波束賦形，固定N個(gè)反射單元中的N-1個(gè)相移，對(duì)剩余唯一的反射單元相移在離散相移序列中做窮舉搜索；相應(yīng)地，基站處的波束賦形優(yōu)化通過(guò)最大比傳輸原則實(shí)現(xiàn)；對(duì)θ_i、w進(jìn)行多次迭代直至收斂，可實(shí)現(xiàn)離散相移方案下信噪比最大化的目標(biāo)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能反射面和發(fā)射端的聯(lián)合波束賦形與空間調(diào)制方法，其特征在于，貪婪檢測(cè)算法與最大似然檢測(cè)算法在本MIMO系統(tǒng)中的應(yīng)用為：

貪婪檢測(cè)算法首先根據(jù)信噪比最大化的優(yōu)化目標(biāo)對(duì)接收天線索引k進(jìn)行解調(diào)：

式(10)中，y_k表示第k根天線的接收信號(hào)，表示檢測(cè)到的天線索引；

然后根據(jù)歐式距離最小原則對(duì)發(fā)射符號(hào)s進(jìn)行解調(diào)：

最大似然檢測(cè)算法是對(duì)接收天線索引k和發(fā)射符號(hào)s的聯(lián)合檢測(cè)：

貪婪檢測(cè)算法更簡(jiǎn)便且適應(yīng)于最大信噪比的優(yōu)化目標(biāo)，而最大似然檢測(cè)適合于噪聲影響較小的情況。