一种基于毫米波MIMO系统上行链路的波束赋形设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113726392A(43)申请公布日2021.11.30(21)申请号202111291310.X(22)申请日2021.11.03(71)申请人南京中网卫星通信股份有限公司地址210061江苏省南京市江北新区高科二路9号(72)发明人郑学东谷晓晓祁金燕郑荃张文策鲍煦(74)专利代理机构南京瑞华腾知识产权代理事务所(普通合伙)32368代理人钱丽(51)Int.Cl.H04B7/06(2006.01)H04B7/08(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种基于毫米波MIMO系统上行链路的波束赋形设计方法(57)摘要本发明公开一种基于毫米波MIMO系统上行链路的波束赋形设计方法，首先输入基站天线数目，用户数目、可重构超表面单元数目以及信道状态矩阵；其次，利用信道状态矩阵，计算使得系统频谱效率最大的被动波束赋形参数；最后，输出最佳的可重构超表面相移矩阵。本发明能够解决毫米波信道下信号易衰减的问题，适用于毫米波通信系统，该方法具有收敛速度快、系统频谱效率高等优点。CN113726392ACN113726392A权利要求书1/2页1.一种基于毫米波MIMO系统上行链路的波束赋形设计方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤S1：在大规模MIMO系统的上行链路中，基站配置根天线，可重构超表面有个反射单元，可重构超表面辅助基站为个单天线用户提供服务；步骤S2：初始化可重构超表面反射单元相位；步骤S3：对可重构超表面的个反射单元的相位做循环；步骤S4：计算等效信道容量对每个可重构超表面反射单元相位的偏导数，表示第个反射单元的相位，表示偏导数符号；步骤S5：根据步骤S4计算所得偏导数，更新反射单元的相位值；步骤S6：根据步骤S5中更新所得的反射单元相位值计算可重构超表面相移矩阵；步骤S7：计算当前可重构超表面条件下的等效信道容量及系统频谱效率；步骤S8：重复步骤S3‑S7，直至收敛。2.如权利要求1所述的一种基于毫米波MIMO系统上行链路的波束赋形设计方法，其特征在于：所述步骤S4中计算偏导数的具体步骤为：步骤401：计算等效信道容量：其中，是单位阵；表示用户到基站的信道；表示可重构超表面到基站的信道；表示可重构超表面反射单元相移矩阵；表示用户到可重构超表面的信道；步骤402：计算等效信道容量对可重构超表面所有反射单元相位的偏导数：其中，表示等效信道容量对第个可重构超表面反射单元相位的偏导数，表示为：其中，，且：。2CN113726392A权利要求书2/2页3.如权利要求1所述的一种基于毫米波MIMO系统上行链路的波束赋形设计方法，其特征在于：步骤S5中根据计算的偏导数值更新可重构超表面反射单元的相位值，其具体步骤为：根据初始相位，迭代步长以及迭代方向得到下一个迭代点的值：其中，表示迭代次数，，表示最大迭代次数；当时，表示初始相位；表示迭代步长；表示迭代方向；表示下一迭代点相位的值。4.如权利要求1所述的一种基于毫米波MIMO系统上行链路的波束赋形设计方法，其特征在于：所述步骤S7中计算系统频谱效率的具体步骤为：步骤701：根据步骤S4中计算等效信道容量公式，计算当前可重构超表面的等效信道容量；步骤702：计算第个用户的信干噪比为：其中，；为Euclidean范数；表示噪声协方差矩阵，且为单位阵；表示第个用户到基站的直达径；表示第个用户到可重构超表面的信道；步骤703：计算系统的频谱效率：。5.如权利要求1所述的一种基于毫米波MIMO系统上行链路的波束赋形设计方法，其特征在于：所述步骤S8中的收敛条件为：当系统的频谱效率最大时所对应的可重构超表面反射单元的相移矩阵即为所要求的最佳的反射单元相移矩阵。3CN113726392A说明书1/6页一种基于毫米波MIMO系统上行链路的波束赋形设计方法技术领域[0001]本发明涉及一种适用于可重构超表面辅助毫米波大规模MIMO系统上行链路中被动波束赋形的设计方法，属于无线通信技术领域。背景技术[0002]近年来，随着手机、平板等移动设备数量的迅猛增加，人们对数据传输速率的要求也越来越高，这就促使移动通信领域发展迅速。目前，第五代移动通信系统（5G）的相关研究正在积极展开。其中，5G物理层核心技术之一为大规模MIMO。通过在基站处部署大量的天线，大规模MIMO系统可以利用额外的自由度，并行传输多个数据流，同时提高分集增益，从而可以极大的增加频谱利用率、提高传输可靠性并改善系统的能量效率。[0003]由于需要传输的数据越来越多，在传输过程中难免会造成一些信号的损耗。为了改善接收端的接收信号，可以在基站处对信号进行预处理。在传统的大规模MIMO系统中可以使用混合波束赋形，虽然可以改善系统的性能，但是在毫米波信