[发明专利]一种联合智能反射表面分组规划映射的广义正交反射调制方法

权利要求书

1.一种联合智能反射表面分组规划映射的广义正交反射调制方法，其特征在于，该方法基于一个具有N个智能反射表面IRS单元辅助的单根发射天线和N_r根接收天线的系统实现，所述系统采用M-QAM星座调制，所述调制方法包括以下步骤：

1)对联合智能反射表面分组规划映射的广义正交反射调制JGD-GQRM的输入比特流进行分组，每组分为B位比特，其中B＝B₁+B₂，B₁＝log₂N_r位比特用于选择N_r根接收天线索引且N_r必须满足2的N次幂，位比特用于选择联合映射码本x_m，其中Q为IRS广义正交反射模式个数，M为M-QAM星座符号个数，表示向下取整；

2)将IRS的N个反射元件划分为相邻的N_g组，每组由N/N_g个反射单元组成，N可以被N_g整除，从N_g组中激活K组IRS元件用于产生同相信号，1＜K＜N_g，其余N_g-K组用于产生正交信号，共有个空间子集其中r'_q由K个1与N_g-K个j组成，1表示该组IRS元件用于同相反射，j表示该组IRS元件反射相位顺时针旋转即(∶)表示二项式系数；系统的广义正交反射模式由空间子集r_q′进行N/N_g份扩展得到，q＝1,2,…,Q；

3)从个空间子集中选择Q个空间子集进行信息传输；基于最大化最小汉明距离和最小化激活概率不等式从所有可能的空间子集中筛选出满足要求的Q个空间子集：

首先，通过排列组合获取所有可能的空间子集然后挑选出t组候选组合记为每组候选组合需要从R^all中挑选出Q_t个空间子集r′且任意两个空间子集之间必须满足Hamming(r_i′,r_j′)≥h,(i≠j)的要求，其中Hamming(·,·)表示两个向量间的汉明距离，Q_t是与t有关的变量，h表示IRS空间子集间任意两个r′之间的最小汉明距离，h＝2,4,…,2K；在确定汉明距离阈值h和相应的候选组合后，通过最小化激活概率不等式约束条件获取最优一组空间集合记为R^opt；

4)对R^opt中每一个空间子集进行N/N_g份扩展，得到广义正交反射模式集合

5)构建联合映射码本x_l＝s_i·r_q，l＝1,2,…,Q·M，其中s_i为经过功率归一化的星座符号，i＝1,2,…,M且满足功率归一化E[|s_i|²]＝1；r_q∈R为IRS分组规划后的最优广义正交反射模式，所有反射模式均参与映射；在JGD-GQRM中联合映射码本x_l的BER上界表示为：

其中，表示x_m与相应二进制比特的错误位数，表示当信源节点发送x_m而信宿节点解码为的成对差错概率；表示为：

其中，Q(·)表示标准正态分布的右尾函数，表示在已知信道条件下，两个码本间的欧式距离；

6)基于最大化最小欧式距离从Q·M个联合映射码本中筛选出个最优码本进行传输；

7)考虑发射端与接收端传输路径被障碍物遮挡，发射端-IRS与IRS-接收端链路分别为和其每个元素都具有零均值和独立的单位方差，且服从高斯分布CN(0,1)，α_n和β_k,n是信道幅值，和φ_k,n是信道相位，k＝1,2,…,N_r，n＝1,2,…,N，广义正交反射模式r_q中的每一个元素表示为r_i，i＝1,2,...,N；假设接收端激活了第k根天线，该天线接收信号的信噪比表示为：

为实现第k根接收天线处的信噪比最大化，采用直接相位抵消的方式对波束赋形相位进行优化，即第i个反射单元的相位IRS相位矩阵表示为

8)接收时假定信道状态信息是完全已知的，接收信号表示为：

y＝Gdiag(Θ)diag(r_q)Hs_i+v (4)

其中diag(·)表示元素在主对角线上的对角矩阵，是加性高斯白噪声AWGN，其遵循分布CN(0,N₀I_Nr)，其中，I_Nr表示单位矩阵，N₀为复数噪声方差；

9)接收机根据接收信号还原初始信息比特。