[發明專利]一種智能反射表面輔助的下行傳輸預編碼設計方法

有效

• 申請號: 202110335359.4
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113078932B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 李瀟;羅才洪;金石
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456;H04B7/06;H04B7/145
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

本發明公開了一種智能反射表面輔助的下行傳輸預編碼設計方法，系統中總共有K個小區，一塊智能反射表面，每小區僅有一個單天線用戶，該用戶不能被基站信號覆蓋，需通過智能反射表面對其進行信號傳輸；方法包括：各小區基站k利用已知的其與智能反射表面之間的統計信道信息設計其預編碼向量；各小區基站根據各自的直視徑信息設計其預編碼向量；智能反射表面利用已知的其與各個小區用戶之間的統計信道信息，以及各小區基站與智能反射表面之間的統計信道信息，設計其反射系數矩陣。本發明能有效減小用戶間干擾，各個基站可以獨立并行的設計預編碼矩陣，而且能夠以較低的計算復雜度及信道信息量交互量獲得較高的系統吞吐量，易于實現。

技術領域

本發明涉及一種基于統計信道狀態信息(Channel State Information,CSI)的智能反射表面(Intelligent Reflecting Surfaces,IRS)輔助的下行傳輸預編碼設計方法，屬于無線通信技術領域。

背景技術

在通信系統中為了實現更高的頻譜效率和能量效率，系統所使用的頻率越來越高，蜂窩網小區的覆蓋半徑越來越小。為了減少通信盲區，需要部署更多的基站增強小區覆蓋。分布式多輸入多輸出(multiple-input multiple-output,MIMO)技術通過部署大量的天線，可以提高無線通信系統的覆蓋范圍，但是分布式MIMO系統結構復雜，并且需要很高的硬件成本和能量消耗。最近IRS作為被提出的新技術，得到了極大的關注，IRS是一種由大量能獨立調整反射相位的無源反射單元組成的低成本無源反射板。IRS能夠以較低的復雜度和能量消耗，實現較高的頻譜效率。

當瞬時CSI已知時，采用交替優化算法，可以聯合設計基站的預編碼矩陣和IRS的反射系數矩陣。然而，IRS具有大量的反射單元，使得精確的信道估計非常困難，并且信道矩陣的維度很大，難以在相干時間內完成瞬時CSI估計、CSI反饋、預編碼矩陣和IRS反射系數矩陣設計以及數據傳輸等一系列操作。并且當用戶的移動性較低時，每次估計出的CSI的直射徑分量變化較小，不需要每次數據傳輸前都進行信道估計，而且僅需要極少的比特數就可以刻畫出統計CSI的特征，所以基于統計CSI設計基站預編碼矩陣和IRS的反射系數矩陣，可以降低信道估計的難度，并且降低CSI的反饋比特數。同時，采用統計CSI設計預編碼矩陣和IRS反射系數矩陣時，對算法的時間復雜度要求弱于采用瞬時CSI的算法。

此外，本發明中所涉及的預編碼設計方法，不需要基站和IRS處的預編碼矩陣進行交替優化，各個基站最優的預編碼向量可以獨立設計，各個基站之間不需要交互信息。綜上所述，針對IRS輔助的多小區通信系統，基于統計CSI設計基站的預編碼矩陣和IRS的反射系數矩陣使合適的選擇。

發明內容

本發明的目的提供一種智能反射表面輔助的下行傳輸預編碼設計方法，能夠根據統計CSI設計基站的預編碼矩陣和IRS的反射系數矩陣，并且不需要交替優化，各個基站可以并行的設計各自的預編碼向量，IRS反射系數矩陣則基于流型優化進行設計。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種智能反射表面輔助的下行傳輸預編碼設計方法，該方法針對以下系統：系統中總共有K個小區，一塊智能反射表面，每小區僅有一個單天線用戶，該用戶不能被基站信號覆蓋，需通過智能反射表面對其進行信號傳輸；各小區基站均采用包含M個天線陣元的均勻線性天線陣，智能反射表面采用包含N個反射單元的均勻平面陣，其垂直方向包括T行反射單元，水平方向每行P個反射單元；各小區基站僅已知其與智能反射表面之間的統計信道信息，智能反射表面僅已知其與各小區用戶之間以及各小區基站與其之間的統計信道信息；

所述方法包括如下步驟：

步驟一，各小區基站k利用已知的其與智能反射表面之間的統計信道信息設計其預編碼向量w_k，其中k＝1,…,K；