[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

说明书

本发明公开了一种联合智能反射表面(IRS)分组规划映射的广义正交反射调制(JGD‑GQRM)方法以及一种针对单射频(RF)多输入多输出(MIMO)系统。在JGD‑GQRM中，对有限数量的IRS元素进行空间分组，并利用剩余的IRS空间子集进行联合映射，以提高系统传输的可靠性。此外，通过IRS全反射无源波束赋形来映射额外的信息位，以提高系统的频谱效率(SE)。除了具有较高复杂度的最优的最大似然(ML)检测器外，还提出了一种针对JGD‑GQRM的低复杂度序列贪婪检测方法(SGD)。仿真结果表明，与现有的反射调制和联合映射方法相比，该调制方法具有更好的误码率(BER)性能。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及IRS辅助MIMO系统、索引调制、广义 正交反射调制、IRS空间分组规划，主要提高系统的可靠性与传输速率。具体地 说是一种联合IRS分组规划映射的广义正交反射调制方法。

背景技术

随着人们对无线通信的要求越来越高，无线网络向着更大规模、更高频段发 展，各种创新的无线通信技术不断出现，以满足不断增长的更高传输速率需求， 例如毫米波(mmWave)通信、多输入多输出(MIMO)系统、索引调制(IM) 等技术，但它们却承受着高昂的硬件成本和功率消耗，这使得它们在第六代移动 通信系统(6G)的开发中处于竞争劣势。近年来，智能反射表面(IRS)受到了 通信界的广泛关注，IRS由大量低成本、无源的反射单元构成，基于IRS的传输 与现有MIMO、后向散射通信等技术完全不同，它可以以特定的反射系数对入射 信号进行反射并改变入射信号的幅度、相位等，这使得一种更加绿色的方式提升通信性能成为可能。

在过去十几年中，空间调制(SM)作为MIMO系统中的一种空间复用技术 已被广泛使用，通过激活一个射频链传输一个星座符号并利用有源天线的索引在 每个时隙进行信息传输，具有高传输效率和低功耗特性。受SM技术启发，一些 研究人员研究出了许多SM的变体技术提高SM的频谱效率，包括广义空间调制 (GSM)、正交空间调制(QSM)、接收空间调制(RSM)等。然而，高速的天 线切换机制带来的频谱泄露和硬件损耗使得SM及其变体仍然面临着一些挑战。 因此，结合SM所面临的挑战与IRS的优势，人们开始将SM和相关IM的研究应用到IRS上来，信息比特被映射为反射单元索引隐形地传递消息，基于索引的 调制和基于IRS的调制可以突出IRS的优势。先前学者考虑IRS反射入射信号 的同时利用开/关状态的反射元件携带信息位，具体来说对IRS上的所有发射单 元进行分组，通过分组索引打开一组反射单元来实现空间调制(IRS-SM)，由于 少量IRS元件用于反射，使得IRS固有的大尺度孔径增益降低。随后有研究者 提出了反射模式调制(RPM)的概念，与IRS-SM激活IRS方式相同，通过对IRS 分组后选择一组关闭传输信息，利用大量的反射元件提高了IRS-SM的性能增益。 但是值得一提的是，由于开/关状态的反射调制无法充分利用IRS反射元件，从 而限制了有效接收信号的功率和接收信号的信噪比。

为了克服上述问题，研究者提出了IRS辅助的正交反射调制(IRS-QRM)， 与上述反射调制不同，IRS-QRM将IRS划分为两个子集分别用于将入射信号反 射到两个正交方向以提高接收信号功率，但由于信道间干扰(ICI)和相邻组合 IRS间存在较高的相关性，从而导致性能下降。在开/关反射调制的基础上，研究 者提出了共同映射反射调制(JRM)的概念，使得比特映射的方法设计更加灵活， 因此JRM优于其他反射调制方案。另外，大量研究者还考虑了在接收端基于IRS 的SM，通过对IRS设置完美的反射相移实现反射信号在期望天线上的相干叠加， 以激活特定的接收天线索引携带信息并利用最大能量的次优检测器在性能与复 杂度之间折中，其性能损失与IRS数量有关。

不难看出，现有研究中利用IRS索引传输信息位提高系统性能已被广泛使用， 为新的调制方案提供了更多的机会。但值得注意的是，由于对IRS分组既会影响 频谱效率SE也会影响误码率BER性能，过去的研究中很少有针对如何进行IRS 分组与激活反射单元设计的研究。此外，IRS使系统能够携带更多的信息位，然 而随着比特位数的增加，对接收机信息的解码也是一个巨大的挑战。

发明内容