[發明專利]MIMO-IRS通信系統的離散相移量化方法

有效

• 申請號: 202110967324.2
• 申請日: 2021-08-23
• 公開（公告）號: CN113810087B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 鮑慧;張妹娟;石鑫鑫;趙偉
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456;H04B17/336;H04B17/391;H04L1/00
• 代理公司: 北京卓嵐智財知識產權代理有限公司 11624
• 代理人: 郭智

1.MIMO-IRS通信系統的離散相移量化方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟A，根據MIMO-IRS的系統模型，定義出離散相移以及量化級比特之間的關系；

步驟B，計算出系統在短包通信下的傳輸速率以及信噪比；

步驟C，根據到達過程以及服務過程，確定到達過程以及服務過程的矩母函數表達式；

步驟D，根據計算出的矩母函數表達式，計算基于MIMO-IRS系統短包通信下的時延違約概率；

步驟E，基于對時延違約概率的分析，最終得到使時延違約概率趨于最小化的量化級比特值；

其中，步驟A具體包括：

A1，在MIMO-IRS系統模型中，考慮均勻離散相移，IRS由l比特編碼，共有2^l可能的相移來反射無線電波，則均勻間隔為則可能的相移為θ＝bΔθ

其中b為滿足0≤b≤2^l-1內的整數，

A2，根據相移的調整，相移矩陣表示為

其中θ為反射元素n的相移角，θ₁為反射元素1的相移角，θ₂為反射元素2的相移角，θ_N為反射元素N的相移角；

A3，根據反射相移，得到IRS的反射系數為

其中Γ為反射系數，Γ∈[0,1]，Γ_i是反射元素i的反射系數，θ_i是反射元素i的相移角；

其中，步驟B具體包括：

B1，在MIMO-IRS系統模型中，其場景是URLLC業務，其需要有限塊長度通信傳輸，根據其有限塊長度的傳輸理論，計算其傳輸速率為

其中L_k為第k個用戶傳輸數據包的長度，其中V_k表示信道色散Q^-1(·)表示的逆函數，表示期望，γ_k為表示用戶k的信號與干擾加噪聲比的信噪比；

B2，計算信噪比表示為

其中P為發送功率，g_k＝l_k+d_k，l_k為BS發射信號經過IRS反射到達用戶k的反射信道增益，d_k為BS發射信道到用戶k的直接鏈路信道增益，為用戶k波束形成矢量，為用戶k′的波束成形矢量，σ²為高斯噪聲方差；

其中，步驟C具體包括：

C1，根據到達過程服從泊松分布，計算達到過程的矩母函數

其中λ表示平均到達速率，為系統參數，t₁-q為t₁時刻減去目標時延q的時刻；

C2，根據服務過程，定義服務過程的表達式

S_k(t)＝L_kR_ktΓ_iB+L_kR_ktB

其中L_k表示用戶k的數據包長度，R_k表示的是第k個用戶的傳輸速率，Γ為IRS的反射系數，B服從伯努利分布，表示為錯誤概率為0時則傳輸成功，即S_k(t)＝L_kR_ktΓ_i+L_kR_kt，當錯誤概率不為0時，傳輸失敗，即S_k(t)＝0，最終可得

其中Z服從0-1分布，Z以塊錯誤概率ε_t取值為0，以1-ε_t取值為1；

C3，根據服務過程表達式，計算服務過程的矩母函數表達式

其中L_k表示用戶k的數據包長度，R_k表示的是第k個用戶的傳輸速率，Γ為IRS的反射系數，ε_t表示塊錯誤概率，γ_k為表示用戶k的信號與干擾加噪聲比的信噪比，V_k表示信道色散V_k＝1-(1+γ_k)^-2，

其中，步驟D具體包括：

D1，根據計算出的矩母函數，計算該系統下的時延違約概率

其中λ表示平均到達速率，L_k表示用戶k的數據包長度，R_k表示的是第k個用戶的傳輸速率，Γ為IRS的反射系數，ε_t表示塊錯誤概率，為系統參數，γ_k為表示用戶k的信號與干擾加噪聲比的信噪比，V_k表示信道色散V_k＝1-(1+γ_k)^-2，

其中，步驟E具體包括：

E1，根據計算的時延違約概率，計算l→∞，可得到的時延違約概率為

其中λ表示平均到達速率，L_k表示用戶k的數據包長度，Γ為IRS的反射系數，ε_t表示塊錯誤概率，γ_k為表示用戶k的信號與干擾加噪聲比的信噪比，V_k表示信道色散V_k＝1-(1+γ_k)^-2，

E2，根據計算的時延違約概率，得到l＝3下的時延違約概率為

其中λ表示平均到達速率，L_k表示用戶k的數據包長度，Γ_i為IRS的反射系數，ε_t表示塊錯誤概率，為系統參數，γ_k為表示用戶k的信號與干擾加噪聲比的信噪比，V_k表示信道色散V_k＝1-(1+γ_k)^-2，

E3，根據計算的時延違約概率，得到l＝4下的時延違約概率為

其中λ表示平均到達速率，L_k表示用戶k的數據包長度，Γ_i為IRS的反射系數，ε_t表示塊錯誤概率，為系統參數，γ_k為表示用戶k的信號與干擾加噪聲比的信噪比，V_k表示信道色散V_k＝1-(1+γ_k)^-2，

E4，根據計算的時延違約概率，得到l＝5下的時延違約概率為

其中λ表示平均到達速率，L_k表示用戶k的數據包長度，Γ_i為IRS的反射系數，ε_t表示塊錯誤概率，為系統參數，γ_k為表示用戶k的信號與干擾加噪聲比的信噪比，V_k表示信道色散V_k＝1-(1+γ_k)^-2，

E5，根據計算的l＝3、l＝4、l＝5時延違約概率，將l＝5和l＝3、l＝4、l→∞分別作差，得到l＝3和l＝5條件下時延違約概率的差值大于在l＝4和l＝5條件下的時延違約概率的差值，差值逐漸降低，計算得到l＝5與l→∞的差值為

其中λ表示平均到達速率，L_k表示用戶k的數據包長度，Γ_i為IRS的反射系數，ε_t表示塊錯誤概率，為系統參數，γ_k為表示用戶k的信號與干擾加噪聲比的信噪比，V_k表示信道色散V_k＝1-(1+γ_k)^-2，

E6，根據計算得到的差值，可得l＝5與l→∞兩者的時延違約概率差值趨于0，最終得到使時延違約概率趨于最小化的量化級比特值。