[發(fā)明專利]一種可重構(gòu)智能表面增強(qiáng)的SISO-OFDM下行傳輸方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110708814.0
• 申請(qǐng)日: 2021-06-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113452642B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李瀟;黃文婷;金石
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L27/26
• 分類號(hào): H04L27/26;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 孫峰

本發(fā)明公開(kāi)了一種可重構(gòu)智能表面增強(qiáng)的SISO?OFDM下行傳輸方法，該傳輸方法中基站發(fā)送的信號(hào)可經(jīng)可重構(gòu)智能表面反射到達(dá)用戶端，可重構(gòu)智能表面能改變?nèi)肷涞狡渖系男盘?hào)的相位，從而達(dá)到在接收用戶端增強(qiáng)其接收信號(hào)的效果。該方法中基站和可重構(gòu)智能表面利用已知的信道狀態(tài)信息，基于系統(tǒng)頻譜效率最大化原則，通過(guò)注水功率分配算法和深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法聯(lián)合設(shè)計(jì)發(fā)射功率分配和可重構(gòu)智能表面處反射相移矩陣。本發(fā)明收斂速度快，以相對(duì)傳統(tǒng)數(shù)值方法較低的計(jì)算復(fù)雜度和時(shí)延獲得較高的系統(tǒng)吞吐量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可重構(gòu)智能表面輔助的SISO-OFDM下行系統(tǒng)自適應(yīng)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可重構(gòu)智能表面增強(qiáng)的SISO-OFDM下行傳輸方法。

背景技術(shù)

可重構(gòu)智能表面(RIS,reconfigurable intelligent surface)作為一種可以經(jīng)濟(jì)高效地提高頻譜效率和覆蓋范圍的有效方法被視為新一代無(wú)線通信中極具應(yīng)用前景的技術(shù)之一。RIS是一種由大量無(wú)源反射元件組成的超表面，可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整反射信號(hào)的幅度和/或相位，從而實(shí)現(xiàn)智能的無(wú)線電傳播環(huán)境重配置。此外，RIS僅依賴于無(wú)源信號(hào)的反射，因此與傳統(tǒng)的有源收發(fā)器/繼電器相比，大大降低了硬件成本和能耗。同時(shí)，RIS在實(shí)際部署中也展現(xiàn)出極大的靈活性和兼容性。將具有適量反射元件的RIS部署到多輸入多輸出(MIMO,multiple input multiple output)系統(tǒng)中可以減少基站所需的天線數(shù)。除此以外，RIS可在毫米波(mmWave,millimeter wave)信號(hào)被障礙物阻塞時(shí)提供反射徑以維持設(shè)備間的正常通信。綜上可見(jiàn)，RIS的引入為實(shí)現(xiàn)通信服務(wù)質(zhì)量提升以及部署開(kāi)銷(xiāo)縮減的雙贏目標(biāo)提供了可能性。

然而，實(shí)際部署的RIS反射元件數(shù)量一般是從幾千個(gè)到幾萬(wàn)個(gè)變化且RIS處存在恒模約束，因而如何在RIS輔助的無(wú)線通信系統(tǒng)中通過(guò)聯(lián)合設(shè)計(jì)提高通信性能是一個(gè)多任務(wù)問(wèn)題。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法有逐次凸逼近和半正定松弛算法等，這些傳統(tǒng)算法在RIS反射元件數(shù)量較少時(shí)可以顯示出較好的性能，但隨著反射元件數(shù)目的增長(zhǎng)，計(jì)算復(fù)雜度呈指數(shù)增長(zhǎng)，會(huì)引入較大的通信處理時(shí)延而無(wú)法滿足實(shí)時(shí)通信的需求。若將這些傳統(tǒng)數(shù)值算法應(yīng)用于寬帶系統(tǒng)，則設(shè)計(jì)復(fù)雜度進(jìn)一步提高，這主要?dú)w因于寬帶系統(tǒng)中各子載波信道不一致，單個(gè)子載波信道的最優(yōu)設(shè)計(jì)對(duì)于其他子載波將不再是最優(yōu)，這就需要具有低時(shí)間成本和高性能的聯(lián)合設(shè)計(jì)算法來(lái)進(jìn)一步解決這些問(wèn)題。

現(xiàn)有針對(duì)RIS處反射矩陣設(shè)計(jì)的低復(fù)雜度算法的研究主要是基于對(duì)RIS處反射模式的設(shè)計(jì)或使用深度學(xué)習(xí)方法，RIS處反射模式的設(shè)計(jì)需要基于多次信道試驗(yàn)才能獲得最佳模式，深度學(xué)習(xí)方法對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)量有很高的要求，且對(duì)信道衰落變化很敏感。這些方法是以犧牲一定的系統(tǒng)性能來(lái)?yè)Q取時(shí)間復(fù)雜度的下降，無(wú)法實(shí)現(xiàn)雙贏目標(biāo)，實(shí)際應(yīng)用困難。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種可重構(gòu)智能表面增強(qiáng)的SISO-OFDM下行傳輸方法，用以解決背景技術(shù)中提及的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明為基站配置單根天線，部署多個(gè)單天線用戶并放置RIS提升通信服務(wù)質(zhì)量，利用注水算法和深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法聯(lián)合設(shè)計(jì)發(fā)射功率矢量和RIS處相移偏置矩陣以最大化系統(tǒng)頻譜效率；基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)智能體無(wú)需對(duì)環(huán)境建模的特性和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的解決非線性優(yōu)化問(wèn)題的能力，因而利用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法設(shè)計(jì)反射矩陣能夠有效抑制干擾，降低所需時(shí)間成本且對(duì)信道衰落變化具有很好的魯棒性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種可重構(gòu)智能表面增強(qiáng)的SISO-OFDM下行傳輸方法，包括以下步驟：

步驟S1、基站配置單根天線，且服務(wù)K個(gè)單天線用戶，所述可重構(gòu)智能表面配置均勻平面反射陣，該均勻平面反射陣包括M＝a×b個(gè)反射單元，其中，垂直方向a行反射單元，水平方向每行b個(gè)反射單元；系統(tǒng)整體帶寬被劃分為N個(gè)子載波，各用戶使用不同的子載波，S_k，k＝1,2,…,K，為用戶k的子載波索引并滿足基站和可重構(gòu)智能表面已知用戶的信道狀態(tài)信息；