IRS辅助MIMO信道改进方法、系统、存储介质和电子设备技术方案

本发明专利技术提供IRS辅助MIMO信道改进方法、系统、存储介质和电子设备，涉及MIMO通信技术领域。本发明专利技术通过将智能无线电环境集成到网络优化问题中，IRS辅助的无线网络有望改变当前的网络优化范式，可以通过在发射机和接收机之间灵活部署IRS，来增加可控的多路径来实时地改善条件数较差的近场MIMO信道的条件数，不需要考虑发射机和接收机的距离，以及阵列尺寸等因素。通过设计IRS上元件的相位，提升近场下IRS辅助的MIMO信道的条件数，并以此提升MIMO通信系统在一个时频单元上传输更多的数据，以及分集等性能。集等性能。集等性能。

【技术实现步骤摘要】
IRS辅助MIMO信道改进方法、系统、存储介质和电子设备


[0001]本专利技术涉及MIMO通信
，具体涉及一种IRS辅助MIMO信道改进方法、系统、存储介质和电子设备。

技术介绍

[0002]由于无线通信的流量需求呈爆炸性增长，提高空间复用增益被认为是提高无线通信频谱效率的关键途径。目前，在发射机和/或接收机处配备大规模天线阵的大规模多输入多输出(MIMO)已部署在第五代(5G)移动通信系统中。其中，条件数定义为信道矩阵中的最大与最小特征值之比，表明了信道的多径丰富性，影响MIMO通信系统中的的分集与复用性能，这为近场MIMO信道的多流传输的高效表征提供了洞察依据。
[0003]为了提高条件差的近场MIMO信道的条件数，在以往的研究方案中，最初试图通过优化在视距(LoS)环境下的均匀线阵(ULA)和均匀圆阵(UCA)的天线位置，收发端的俯仰角、方位角以及大偏移距离情况，以增加该系统下的空间复用增益。对于毫米波(mmWave)系统，提出了两级空间复用的概念，通过设计路径内以及路径间的天线间距，联合利用其路径内和路径间的空间复用增益本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IRS辅助MIMO信道改进方法，其特征在于，包括：S1、构建IRS辅助的点对点近场MIMO系统；S2、在所述点对点近场MIMO系统中，以最小化条件数为目标，在发射机TX和接收机RX之间调整IRS的反射相位；其中，采用数学变换将关于变量IRS反射相移矩阵Θ的隐式表达式转换为其显式表达式，并通过最大化最小优化的方法，获取最优相位。2.如权利要求1所述的IRS辅助MIMO信道改进方法，其特征在于，还包括：S3、根据条件数提升后IRS辅助的等效近场MIMO信道，采用奇异值分解SVD方法获取最佳的发射和接收波束成型矩阵。3.如权利要求1或者2所述的IRS辅助MIMO信道改进方法，其特征在于，所述S2中关于条件数的数学模型，包括：以最小化条件数为目标的第一目标函数：以最小化条件数为目标的第一目标函数：Θ＝diag{v}其中，cond表示条件数，用于描述MIMO信道的空间特性；λ
max
和λ
min
分别表示从TX到RX总的信道矩阵H
tot
的最大特征值和最小特征值；对角矩阵Θ＝diag{v}表示反射相移矩阵，v表示矩阵对角线元素；θ
l
表示IRS第l个元件上的相位，共计L个元件；表示复数集合；以及表征IRS的单位模量约束的约束条件：其中，|v
l
|表示复数v
l
的幅值。4.如权利要求3所述的IRS辅助MIMO信道改进方法，其特征在于，所述S2中采用数学变换将关于变量IRS反射相移矩阵Θ的隐式表达式转换为其显式表达式，将条件数等价转化为总信道H
tot
的迹，包括：以最小化信道矩阵的迹为目标的第二目标函数：H
tot
＝F
H
ΘG+HΘG+HΘG+H
其中，Tr表示矩阵的迹；表示信道矩阵H
tot
的共轭转置；H、G、F分别表示TX
‑
RX链路、TX
‑
IRS链路和IRS
‑
RX链路的信道；β
TR
、β
TI
、β
IR
≥0分别表示TX
‑
RX链路、TX
‑
IRS链路和IRS
‑
RX链路的Rician因子；分别表示对应的NLoS链路信道部分，且服从瑞利分布；r
mn
、r
ln
、r
ml
分别表示发射天线n和接收天线m、发射天线n和IRS无源元件l、IRS无源元件l和接收天线m之间的传输距离，共计M接收天线，N个发射天线；λ表示波长；以及表征IRS的单位模量约束的约束条件5.如权利要求4所述的IRS辅助MIMO信道改进方法，其特征在于，无直接链路的场景下，采用最大最小化方法获取所述最优相位，具体如下：优化关于信道矩阵H
tot
的数学模型，包括：则等价于等价于其中，A＝α
max
I
l
，并且α
max
是矩阵Ξ的最大特征值；f(v|v
i
)表示根据第i个解，在第i+1次迭代时函数的上限；当f(v|v
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟，雷碧婵，李翠玲，徐礼政，开彩红，王禄生，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：