[发明专利]一种智能反射表面辅助的下行传输预编码设计方法

说明书

本发明公开了一种智能反射表面辅助的下行传输预编码设计方法，系统中总共有K个小区，一块智能反射表面，每小区仅有一个单天线用户，该用户不能被基站信号覆盖，需通过智能反射表面对其进行信号传输；方法包括：各小区基站k利用已知的其与智能反射表面之间的统计信道信息设计其预编码向量；各小区基站根据各自的直视径信息设计其预编码向量；智能反射表面利用已知的其与各个小区用户之间的统计信道信息，以及各小区基站与智能反射表面之间的统计信道信息，设计其反射系数矩阵。本发明能有效减小用户间干扰，各个基站可以独立并行的设计预编码矩阵，而且能够以较低的计算复杂度及信道信息量交互量获得较高的系统吞吐量，易于实现。

技术领域

本发明涉及一种基于统计信道状态信息(Channel State Information,CSI)的智能反射表面(Intelligent Reflecting Surfaces,IRS)辅助的下行传输预编码设计方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

在通信系统中为了实现更高的频谱效率和能量效率，系统所使用的频率越来越高，蜂窝网小区的覆盖半径越来越小。为了减少通信盲区，需要部署更多的基站增强小区覆盖。分布式多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)技术通过部署大量的天线，可以提高无线通信系统的覆盖范围，但是分布式MIMO系统结构复杂，并且需要很高的硬件成本和能量消耗。最近IRS作为被提出的新技术，得到了极大的关注，IRS是一种由大量能独立调整反射相位的无源反射单元组成的低成本无源反射板。IRS能够以较低的复杂度和能量消耗，实现较高的频谱效率。

当瞬时CSI已知时，采用交替优化算法，可以联合设计基站的预编码矩阵和IRS的反射系数矩阵。然而，IRS具有大量的反射单元，使得精确的信道估计非常困难，并且信道矩阵的维度很大，难以在相干时间内完成瞬时CSI估计、CSI反馈、预编码矩阵和IRS反射系数矩阵设计以及数据传输等一系列操作。并且当用户的移动性较低时，每次估计出的CSI的直射径分量变化较小，不需要每次数据传输前都进行信道估计，而且仅需要极少的比特数就可以刻画出统计CSI的特征，所以基于统计CSI设计基站预编码矩阵和IRS的反射系数矩阵，可以降低信道估计的难度，并且降低CSI的反馈比特数。同时，采用统计CSI设计预编码矩阵和IRS反射系数矩阵时，对算法的时间复杂度要求弱于采用瞬时CSI的算法。

此外，本发明中所涉及的预编码设计方法，不需要基站和IRS处的预编码矩阵进行交替优化，各个基站最优的预编码向量可以独立设计，各个基站之间不需要交互信息。综上所述，针对IRS辅助的多小区通信系统，基于统计CSI设计基站的预编码矩阵和IRS的反射系数矩阵使合适的选择。

发明内容

本发明的目的提供一种智能反射表面辅助的下行传输预编码设计方法，能够根据统计CSI设计基站的预编码矩阵和IRS的反射系数矩阵，并且不需要交替优化，各个基站可以并行的设计各自的预编码向量，IRS反射系数矩阵则基于流型优化进行设计。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种智能反射表面辅助的下行传输预编码设计方法，该方法针对以下系统：系统中总共有K个小区，一块智能反射表面，每小区仅有一个单天线用户，该用户不能被基站信号覆盖，需通过智能反射表面对其进行信号传输；各小区基站均采用包含M个天线阵元的均匀线性天线阵，智能反射表面采用包含N个反射单元的均匀平面阵，其垂直方向包括T行反射单元，水平方向每行P个反射单元；各小区基站仅已知其与智能反射表面之间的统计信道信息，智能反射表面仅已知其与各小区用户之间以及各小区基站与其之间的统计信道信息；

所述方法包括如下步骤：

步骤一，各小区基站k利用已知的其与智能反射表面之间的统计信道信息设计其预编码向量w_k，其中k＝1,…,K；