一种智能反射表面辅助的无线通信系统自适应传输方法

本发明涉及一种基于智能反射表面的信号传输方法，尤其涉及单双向工作模式自适应切换规则，从而提升系统的传输性能。

背景技术：

1、智能反射表面(irs)是通过人工重构无线电波传播环境来提高无线系统性能的一种革命性技术。智能反射面由无源元件组成，能够以可调相移的方式反射入射信号。通过适当调整相移，可以改善通信性能。此外，智能反射表面可以附着在建筑物外墙，车辆或者无人机等，极大地提高通信系统的灵活性，具有传统中继无法比拟的众多优势。

技术实现思路

1、本发明的目的在于给出一种irs辅助无线通信系统中单双向自适应切换的传输方法。本发明要解决的技术问题为：给出不同工作模式切换的准则和流程。和传统方法相比，该方法能够有效提升系统容量。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种智能反射表面辅助的无线通信系统自适应传输方法，所述无线通信系统由一个基站、一个irs和一个用户三部分组成。irs具有n个反射单元，位于基站和用户之间，用于辅助通信。基站和用户都配有单天线，能够同时收发实现双向通信，在基站距离用户较远或者有障碍的情况下，只能通过中间的irs辅助进行传输。

4、所述智能反射表面辅助的无线通信系统自适应传输方法可以根据瞬时信道或统计信道信息来实现。

5、(1)当基于瞬时信道信息实现时，对于单向传输情形，用户d处的瞬时接收信号可以表示

6、

7、其中，等式右端依次代表的是期望信号和高斯噪声，其中s是bs的发射信号，pb是bs的平均发射功率，n是irs反射单元的个数，n是d处产生的均值为零功率为的高斯白噪声。是irs第i个反射单元产生的可调相位，hi和gi分别表示bs到第i个irs反射单元的信道和第i个irs反射单元到用户d的信道，其中各自的αi，βi表示衰落信道幅度，φi、θi表示相应的衰落信道相位。理想情况下，irs反射单元的可调相位设定为抵消信道相位影响，得到最优的irs传输效果。基于用户d处的瞬时接收信号公式，可以得到在d处瞬时信干噪比(sinr)为

8、

9、根据香农容量公式，单向传输时系统容量为

10、(2)对于双向传输情形，用户处的瞬时接收信号可以表示

11、

12、

13、其中，等式右端依次代表的是期望信号，自干扰和高斯噪声，其中sb是bs的发射信号，pb和pu分别是bs和用户的平均发射功率，n是irs反射单元的个数，nu和nb分别是d处和bs处产生的均值为零功率为和的高斯白噪声。是irs第i个反射单元产生的可调相位，hi和gi分别表示bs到第i个irs反射单元的信道和第i个irs反射单元到用户d的信道，其中各自的αi，βi表示衰落信道幅度，φi、θi表示相应的衰落信道相位，hul和hbl分别是d处和bs处自干扰信道，sul和sbl分别表示d处和bs处自干扰信号。理想情况下，irs反射单元的可调相位设定为抵消信道相位影响，得到最优的irs传输效果。基于用户d和基站bs处的瞬时接收信号公式，可以得到在d处和bs处的瞬时信干噪比(sinr)为

14、

15、

16、根据香农容量公式，双向传输时系统容量分别为

17、

18、因此，当基于瞬时信道信息实现时，具体包括以下步骤

19、步骤一，基站、irs、用户三者进行协作信道估计，估计无线通信系统信道情况；

20、步骤二，根据信道估计情况，计算单向传输时系统容量其中pb为基站端的发射功率，αi和βi分别表示基站到irs第i个反射单元的信道幅度和irs第i个反射单元到用户的信道幅度，为用户端接收噪声功率，n表示反射单元数量；

21、步骤三，根据信道估计情况，计算双向传输时系统容量其中pu为用户端的发射功率，为用户端接收噪声功率，hbl和hul分别表示基站端和用户端的自干扰信道；

22、步骤四，如果c1＞c2，采用单向传输模式工作；反之，采用双向传输模式工作。

23、当基于统计信道信息实现时，具体包括以下步骤

24、步骤一，基站、irs、用户三者进行协作信道估计，估计无线通信系统系统信道情况；

25、步骤二，根据信道估计情况，计算单向传输时系统容量。首先，令p和q的值与ris的反射单元数n有关，具体计算方法如下：

26、此外，参数a、b、c的值与x的矩μx(n)有关，具体如下

27、

28、μχi(n)＝γ2(1+n/2)

29、其中，a＝μx(6)μx(2)+(μx(2))2μx(4)-2(μx(4))2；

30、b＝μx(6)μx(2)-4(μx(4))2+3(μx(2))2μx(4)；

31、c＝2(μx(2))2μx(4)；

32、令ω是x的平均功率，且ω＝μx(2)。因此，可得出单向传输时系统容量其中pb为基站端的发射功率，为用户端接收噪声功率，是meijerg函数。

33、步骤三，根据信道估计情况，计算双向传输时系统容量其中pb,pu分别为基站端和用户端的发射功率，σbl2和σul2分别表示基站端和用户端自干扰信道的方差。

34、步骤四，如果采用单向传输模式工作；反之，采用双向传输模式工作。

35、与现有技术相比，本发明给出不同工作模式切换的准则和流程。和传统方法相比，该方法能够有效提升系统容量。

技术特征：

1.一种智能反射表面辅助的无线通信系统自适应传输方法，其特征在于，该无线通信系统由一个基站、一个irs和一个用户三部分组成，irs具有n个反射单元，位于基站和用户之间，用于辅助通信，基站和用户都配有单天线，能够同时收发实现双向通信，在基站距离用户较远或者有障碍的情况下，只能通过中间的irs辅助进行传输；

技术总结
本发明公开了一种智能反射表面辅助的无线通信系统自适应传输方法，该无线通信系统由一个基站、一个IRS和一个用户三部分组成，IRS具有N个反射单元，位于基站和用户之间，用于辅助通信。所述智能反射表面辅助的无线通信系统自适应传输方法可以根据瞬时信道或统计信道信息来实现。系统工作时，根据自身参数和信道状态，基于计算的系统容量，自适应的选择单向和双向通信模式。利用本发明，可以有效提升系统的容量。

技术研发人员：宋康,刘蕙菡,李妍,葛熠诚,藉学全,赵乃桥,王孝尧
受保护的技术使用者：青岛大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11