[发明专利]基于统计CSI的IRS辅助大规模MIMO无线传输方法

说明书

本发明提供了一种基于统计CSI的IRS辅助大规模MIMO无线传输方法，其方法按以下步骤进行：1）针对IRS辅助大规模MIMO无线通信系统，令反射面相移矩阵固定不变，利用统计CSI，设计发送信号协方差矩阵；2）根据上一步骤得到的发送信号协方差矩阵，设计反射相移矩阵，本方法操作简单，贴合实际，可以在仅知统计CSI前提下，对基站发送信号协方差矩阵和IRS的反射相移矩阵进行设计，在额外增加能耗较少的情况下，获得更高的通信速率，对IRS辅助大规模MIMO无线通信系统的发展具有重要现实意义。

技术领域

本发明涉及一种无线传输方法，具体的说是一种基于统计CSI的IRS辅助大规模MIMO无线传输方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着入网移动设备数量持续增加，超清视频流和虚拟现实、增强现实等移动应用爆炸式增长，第五代移动通信以及未来通信需要提高频谱效率，增大无线传输速率，以保证大量用户的服务质量。为了实现这一目标，近年来提出了许多技术，例如大规模MIMO(Multiple-input Multiple-output)、毫米波通信和超密集网络等。然而，尽管上述技术能够显著提高无线网络的频谱利用效率，但是需要安装大量的有源天线或者射频单元，势必会带来能源消耗增大和硬件成本增加的问题。IRS(Intelligent Reflecting Surface)可以看做由许多低能耗反射单元组成的平面结构，能够灵活的布置在建筑物表面、室内墙壁等位置，通过合适的位置安排以及反射相位设置，改变信号传输路径以辅助通信，同时获得可观的波束成型增益。IRS技术作为一种新技术可以达到满足5G及未来通信中为大数量用户服务、低能耗、高频谱效率、高能量效率的要求。但是IRS技术的应用存在难点，其中一个难点问题就是发送信号协方差矩阵与反射面矩阵的设计问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于CSI(Channel State Information)的IRS(Intelligent Reflecting Surface)辅助大规模MIMO(Multiple-input Multiple-output)无线传输方法，在基站发送功率受限的情况下，以“系统速率最大”为目标，基于IRS无能量消耗的原则，利用统计CSI优化设计发送信号协方差矩阵与IRS反射相移矩阵，使系统速率达到最大，同时提高能量效率与频谱利用率。

本发明的目的是这样实现的：一种基于统计CSI的IRS辅助大规模MIMO无线传输方法，该方法针对IRS辅助大规模MIMO无线通信系统，所述系统包括一个多天线基站、一个多天线用户和一个多反射单元的IRS，基站到用户有两条通信路径分别为直连路径和经过IRS的反射路径；在基站总发送功率受限的前提下，利用统计CSI，设计基站处发送信号协方差矩阵和IRS处反射面相移矩阵，最终实现系统速率的最大化，具体步骤如下：

步骤一、针对IRS辅助大规模MIMO无线通信系统，令反射面相移矩阵固定不变，根据统计CSI，设计基站发送信号协方差矩阵；

步骤二、根据步骤一得到的发送信号协方差矩阵，设计反射面相移矩阵。

作为本发明的进一步限定，步骤一中，设计发送信号协方差矩阵的具体步骤如下：