[发明专利]一种有源智能超表面辅助的MIMO通信系统控制方法

说明书

本发明涉及一种有源智能超表面辅助的MIMO通信系统控制方法，通信系统包括基站、有源智能超表面和多个用户终端，基站与用户终端间的直接链路被障碍物阻挡，方法包括：建立基站处的接收信号模型和量化噪声模型，并获取每个用户终端的上行速率以及所有用户的和速率；基站处采用最大比合并和精度低于预设阈值的模数转化器进行信号处理；根据接收信号模型和上行速率建立有源智能超表面相移优化问题，求解该优化问题获得最优相移矩阵，控制有源智能超表面根据该最优相移矩阵运行。与现有技术相比，本发明可以克服被动智能超表面的乘法衰落效应，以及相移不理想导致通信性能降低的问题，提升了通信系统性能，降低系统能耗和硬件成本。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其是涉及一种有源智能超表面辅助的MIMO通信系统控制方法。

背景技术

智能超表面被认为是第六代移动网络(6G)的一项突破性技术，可以重构无线电传播环境。一方面，智能超表面可以提高系统的总和速率；另一方面，它还具有低部署成本和低能耗的优点。

然而，大多数贡献认为智能超表面是一个被动组件，但它也有一些缺点。在没有信号放大的情况下，由于乘法衰落效应，接收信号衰减很快，限制了系统性能。

现有贡献的很大一部分假设了瞬时信道状态信息(CSI)和基站处具有完美硬件，此外大规模MIMO也被广泛应用于大量通信系统。它需要大量天线，导致设备功耗和硬件成本大幅增加。解决上述问题的一个有希望的解决方案是在大规模MIMO系统中应用低精度模数转换器。

目前并没有适用于解决智能超表面辅助的大规模MIMO通信系统由于乘法衰落影响导致速率较低的方案，所以采用有源智能超表面结合低精度模数转换器的方案具有可行性和现实意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在被动智能超表面的乘法衰落效应的缺陷而提供一种有源智能超表面辅助的MIMO通信系统控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种有源智能超表面辅助的MIMO通信系统控制方法，所述通信系统包括基站、有源智能超表面和多个用户终端，所述基站与用户终端间的直接链路被障碍物阻挡，所述方法包括：

建立基站处的接收信号模型和量化噪声模型，并获取每个用户终端的上行速率以及所有用户的和速率；

所述基站处采用最大比合并和精度低于预设阈值的模数转化器进行信号处理；

根据所述接收信号模型和上行速率建立有源智能超表面相移优化问题，求解该优化问题获得最优相移矩阵，控制所述有源智能超表面根据该最优相移矩阵运行。

进一步地，所述基站具有M根天线，所述有源智能超表面具有N个反射元件，所述通信系统包括K个用户终端，所述用户终端到有源智能超表面和有源智能超表面到基站的信道采用莱斯衰落模型。

进一步地，所述有源智能超表面反射的信号表示为：

y_R＝AΦH₁Px+AΦv

其中，A表示有源智能超表面的放大系数矩阵，η_n＝η；Φ表示有源智能超表面的反射系数矩阵，θ_n表示有源智能超表面中元素的相移；H₁表示用户到有源智能超表面的信道矩阵；P表示用户的发射功率矩阵，p_k为第k个用户终端的发射功率；v表示有源智能超表面的热噪声。

进一步地，所述用户终端通过有源智能超表面传输到基站的信号表示为：

y＝H₂AΦH₁Px+H₂AΦv+n

其中，H₂表示有源智能超表面到基站的信道矩阵，n表示基站处的噪声。