[發明專利]一種智能超表面輔助OFDM系統1比特相移配置方法

在審

• 申請號: 202210975620.1
• 申請日: 2022-08-15
• 公開（公告）號: CN115347927A
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 李瀟;陳鵬;金石
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456;H04L5/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 沈廉

本發明公開了一種智能超表面輔助OFDM系統1比特相移配置方法，適用于智能超表面輔助的單天線OFDM下行傳輸系統，其中智能超表面每列反射單元相移相同，且僅有0或π兩種相移，基站發送的信號可經智能超表面反射到達用戶端，智能超表面通過改變入射到其上的信號相移，從而達到在用戶端增強其接收信號的效果。該方法首先對信道狀態信息預處理，進而用預處理后的信道狀態信息來訓練一個構建好的卷積神經網絡模型。基于系統頻譜效率最大化原則，從卷積神經網絡輸出的所有候選智能超表面相位矩陣中選出最佳智能反射面相位矩陣用于信息傳輸。本發明收斂速度快，相對傳統數值方法較低的計算復雜度和時延獲得較高的系統吞吐量。

技術領域

本發明涉及一種智能超表面輔助OFDM系統1比特相移配置方法，屬于一種可重構智能表面增強的單天線OFDM下行系統自適應傳輸技術領域。

背景技術

近年來興起的智能超表面是一項極具應用前景的技術，為經濟高效地實現高頻譜效率和覆蓋范圍提供了一種可能。智能超表面是一種由大量無源反射元件組成的超表面，可以實時動態調整反射信號的幅度和/或相位，從而實現智能的無線電傳播環境重配置。同時，智能超表面不需要任何有源射頻(RF,radio frequency)鏈來發送或接收信號，僅依賴于無源信號的反射，因此與傳統的有源收發器/繼電器相比，大大降低了硬件成本和能耗。除此以外，智能超表面可在毫米波信號被障礙物阻塞時提供反射徑，維持設備間的正常通信，綜上可見，智能超表面可以實現通信服務質量提升同時減少部署開銷。

然而，實際部署的智能超表面反射單元數量一般是從幾千個到幾萬個變化且智能超表面處存在恒模約束，因而如何在智能超表面輔助的無線通信系統中通過聯合設計提高通信性能是一個多任務問題。傳統設計方法有逐次凸逼近和半正定松弛算法等，這些傳統算法均是針對智能超表面連續相移的假設條件下展開的，這對于通常具有大量反射單元的智能超表面是難以實現的，因為制造具有無限級高分辨率移相器的反射單元成本很高。若將這些傳統數值算法應用于寬帶系統，則設計復雜度進一步提高，這主要歸因于寬帶系統中各子載波信道不一致，單個子載波信道的最優設計對于其他子載波將不再是最優，這就需要具有低時間成本和高性能的聯合設計算法來進一步解決這些問題。

現有針對離散智能超表面反射系數向量設計的低復雜度算法的研究主要是基于智能超表面反射系數向量碼本的設計或使用深度學習方法，智能超表面反射系數向量碼本的設計對智能超表面反射單元分辨率有較高的要求，深度學習方法對訓練數據量有很高的要求，且對信道衰落變化很敏感，實際應用困難。

發明內容

技術問題：有鑒于此，本發明的目的在于提供一種智能超表面輔助OFDM系統1比特相移配置方法，用以解決背景技術中提及的技術問題。本發明為基站配置單根天線，部署多個單天線用戶并放置智能超表面提升通信服務質量，利用深度強化學習算法根據信道狀態信息對智能超表面反射系數向量進行設計以最大化系統頻譜效率；深度強化學習算法設計反射系數向量能夠有效抑制干擾，降低所需時間成本且對信道衰落變化具有很好的魯棒性。

技術方案：為了達到上述目的，本發明的一種智能超表面輔助OFDM系統1比特相移配置方法包括以下步驟：

步驟S1、基站配置單根天線，且服務K個單天線用戶，所述智能超表面為均勻平面陣，該均勻平面陣包括M＝A×B個反射單元，其中，垂直方向A行反射單元，水平方向每行B個反射單元；智能超表面的反射系數向量表示為其中為的第b個元素，其相位θ_b表示智能超表面第b列的相移，b＝1,...,B；將所有可能的智能超表面反射系數向量存放到碼本中，即中的每一個碼字對應一種可能的反射系數向量因此碼本中共有2^B個碼字；系統整體帶寬被劃分為N個子載波，表示為集合第k個用戶占用子載波的集合表示為S_k滿足并且