非理想CSI的IRS辅助云接入网下行的波束成形方法技术

本发明专利技术公开了非理想CSI的IRS辅助云接入网下行的波束成形方法，多天线基带处理单元BBU池通过多天线远程射频头RRH与多个单天线用户进行通信，其中BBU池通过点对点压缩或多元压缩处理基带信号，并通过前传链路将量化比特发送给RRH，在RRH附近部署有多个智能反射面IRS，以在不同时隙辅助无线前传链路和接入链路。本发明专利技术以提升系统和速率为目的，对BBU池和RRH的发射波束成型矩阵、反射面的相移矩阵、前传量化噪声协方差矩阵进行联合优化，能够在信道状态信息CSI不准确时有效提升云接入网通信系统的下行传输速率。系统的下行传输速率。系统的下行传输速率。

【技术实现步骤摘要】
非理想CSI的IRS辅助云接入网下行的波束成形方法


[0001]本专利技术涉及无线通信领域，尤其涉及一种信道状态信息(CSI)不准确的智能反射面辅助时分双工云接入网无线下行前传链路和接入链路的通信系统，以提升下行和速率来增强通信质量的方法。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术的飞速发展，接入到通信网络中的设备数量也在快速增长，对通信效率的要求也更高，传统的无线通信系统已经无法满足需求。
[0003]智能反射面是一项可以有效增强无线通信系统的新兴技术。智能反射面是一个具有大量可重复编程元件的无源阵列，可以通过控制器调节每个反射元件的反射幅度和相位，并且不会发射射频链，所以不会在反射信号上引入额外的噪声。智能反射面相比于传统的中继，能够更有效地提升无线网络的性能。云接入网(C
‑
RAN)是一种很有前景的移动网络架构，可以提升通信网络的谱效率和能效率。C
‑
RAN将传统基站的基带处理功能移至BBU池，RRH部署在靠近移动用户的位置，多天线BBU池通过多个多天线RRH向多个单天线用户进行通信。通过智能反射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.非理想CSI的IRS辅助云接入网下行的波束成形方法，其特征在于：针对信道状态信息CSI不准确时，对于智能反射面IRS辅助云接入网下行前传链路和接入链路的通信系统，以提升系统和速率为目的，对BBU池和RRH的发射波束成型矩阵、反射面的相移矩阵、前传量化噪声协方差矩阵进行联合优化，具体包括如下步骤：1.1)智能反射面辅助云接入网下行前传链路和接入链路的通信系统中，多天线BBU池通过L个多天线RRH与K个单天线用户进行通信，其中BBU池通过点对点压缩或多元压缩处理基带信号，并通过前传链路将量化比特发送给RRH，RRH附近部署了I个智能反射面，在不同时隙辅助无线前传链路和接入链路的IRS数量分别为I
F
和I
A
，以上三组IRS分别表示为I、I
F
和I
A
,每个BBU和RRH的天线数分别为N
B
和N
R
，IRS的反射单元数为M；RRH是半双工节点，工作在时分双工TDD模式,每个时隙分为(1
‑
α0)和α0两部分，分别用于BBU
‑
RRH前传链路和RRH
‑
用户接入链路的传输；1.2)在前传链路，BBU池首先将用户k的下行链路消息编码为基带信号s
k
，再将所有用户的信号线性预编码为其中v
k
是用户k在所有RRH上的发射波束成形矩阵，是由RRH l传输的信号；在被传输到RRH之前对进行量化压缩：E
l
是LN
R
×
N
R
的矩阵，除了(l
‑
1)N
R
+1行到lN
R
行是尺寸为N
R
的单位矩阵外，其余元素为0；q
l
～CN(0,Ω
l,l
)表示独立于的量化噪声，将所有RRH的量化噪声向量定义为q＝[q1；...；q
L
]，q～CN(0,Ω)，Ω是q的复高斯分布协方差矩阵，Ω
l,l
是Ω对角线上第l个尺寸为N
R
的单位矩阵，为了将x
l
传送到RRHl，BBU池对其相应的压缩索引进行编码，产生基带信号t
l
，BBU池传输的信号为其中F
l
是发射波束成形矩阵，受BBU发射功率P
B
约束：1.3)定义H
l,B
、G
i,B
和G
l,i
分别为BBU池到RRH l、BBU池到IRS i、IRS i到RRH l的信道矩阵，RRH l的接收信号为：其中分别是BBU池到IRS集I
F
以及从IRS集I
F
到RRH l的信道矩阵。其中表示IRSi(i∈I
F
)的无源波束成形矩阵，假设IRS只调整相移，IRSi(i∈I
F
)的第m个元件的相移其中是BBU到RRH l所有信道的加性高斯白噪声，是n
F,l
复高斯分布协方差矩阵；RRH l的第r个天线的接收信号为：其中h
l,B,r
和表示从BBU池到RRH l的第r个天线以及从IRS集I
F
到RRH l的第r个天线的信道向量，分别是H
l,B
和的第r行向量，是从BBU池通过IRS集I
F
的反射到RRH l的第r个天线的级联信道，是包含对角元素的向量，
n
F,l,r
表示n
F,l
的第r个元素；1.4)在接入链路，RRH l将压缩后的信号x
l
转发给所有用户；RRH的最大发射功率为P
R
，由步骤1.2)，RRHl的发射功率约束为：h
k,l
和g
k,i
分别表示从RRH l到用户k和从IRSi，i∈I
A
到用户k的信道向量，G
i,l
是从RRHl到IRSi的信道矩阵，是IRSi的相移矩阵，其中表示IRSi，i∈I
A
的第m个元件的相移，用户k接收到的信号为：其中是包含对角元素的向量，h
k,L
＝[h
k,1
,...,h
k,L
]是RRH集L(L＝＝{1,2,...,L})到用户k的信道矩阵，G
k,L
＝[G
k,1
,...,G
k,L
]是从RRH集到用户k的级联信道，是从RRH l经过IRS集I
A
到达用户k的级联信道，和分别表示从IRS集I
A
到用户k和从RRH l到IRS集I
A
的信道矩阵，q是所有RRH的量化噪声向量，是用户k处的加性白高斯噪声；1.5)从BBU池到RRH l和从RRH l到用户k的直接信道表示为：其中和是估计的CSI,和是对应的信道估计误差，对于BBU
‑
IRS
‑
RRH和RRH
‑
IRS
‑
用户的级联信道，信道矩阵为：和是估计的级联CSI,是对应的信道估计误差，和分别代表和复高斯分布的协方差矩阵，每条信道的CSI误差是相互独立的。2.根据权利要求1所述的非理想CSI的IRS辅助云接入网下行的波束成形方法，其特征在于，所述的BBU池和RRH的发射波束成形矩阵F
l
和v
k
、辅助接入链路和前传链路的IRS相移矩阵Θ
A
和Θ
F
以及前传量化噪声协方差矩阵Ω，对其优化使系统和速率最大，具体步骤如下：2.1)对于步骤1.1)
‑
1.5)描述的智能反射面辅助下行时分双工云接入网无线前传链路和接入链路的通信系统其特征在于：2.1.1)用户可达速率的下限为：其中，其中，其中，是IRS集I
A
的反射元件的总数；
2.1.2)无线前传链路的可达速率应该满足：其中，其中，其中，其中，2.1.3)BBU池对预编码信号进行压缩，并且压缩器的输出速率不能超过前传链路的可达速率；考虑点对点压缩和多元压缩这两种压缩策略；点对点压缩的前传约束为：点对点压缩在RRH上产生独立的量化噪声，因此所有RRH的量化噪声协方差矩阵是块对角矩阵，即Ω＝diag({Ω
l,l
}
l∈L
)；多元压缩的前传约束为：多元压缩使得每个RRH的量化噪声之间具有相关性，因此整体量化噪声协方差矩阵Ω是一个完整的矩阵；2.2)以下行和速率最大化为目标，BBU池采用多元压缩时优化上述系统参数的优化问题可表示为：为：为：为：为：为：为：Ω
±
0.
ꢀꢀꢀ
(1h...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昱，段华东，何宣宣，卢为党，黄国兴，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：