【摘 要】
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随着社会经济的不断发展和人口的持续增长,无线网络中的数据总量和终端数量急剧增大,移动通信系统需要不断演进以提供更强的吞吐能力。第五代（5G）移动通信系统重点关注收发端的优化,未将无线信号的传播环境纳入优化的范畴内。由于无线信号传输环境的随机性,信号到达接收端的多条路径具有不同程度的衰减和延迟,这限制了无线通信系统能量效率和频谱效率的提升。近年来,学术界提出一种全新的智能无线电环境（Smart Ra
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随着社会经济的不断发展和人口的持续增长,无线网络中的数据总量和终端数量急剧增大,移动通信系统需要不断演进以提供更强的吞吐能力。第五代（5G）移动通信系统重点关注收发端的优化,未将无线信号的传播环境纳入优化的范畴内。由于无线信号传输环境的随机性,信号到达接收端的多条路径具有不同程度的衰减和延迟,这限制了无线通信系统能量效率和频谱效率的提升。近年来,学术界提出一种全新的智能无线电环境（Smart Radio Environment,SRE）设计方法,将无线环境作为一个优化变量,以期克服5G无线网络的局限性。该方法通过在现有的通信环境中部署可重构智能表面（Reconfigurable Intelligent Surface,RIS）,实现对于无线环境的编程和控制。如何利用RIS提升通信系统的性能成为当前业界关注的热点问题之一。RIS作为一种较为新兴的技术,其辅助的通信系统面临较多挑战,其中本论文主要关注两个方面的挑战:（1）采用大规模的RIS阵列辅助通信时,RIS的面积较大,部署存在困难,信道估计、波束赋形的计算开销和配置参数传输开销也将难以接受。（2）RIS通常是无源的,不能对于信号进行有源放大,这导致其难以支持多用户的通信。针对上述两个挑战,本论文进行了以下两个方面的研究工作:（1）稀布阵列单RIS辅助的通信系统的波束赋形和配置参数压缩设计。论文引入稀布阵列RIS降低大规模RIS的部署难度,从时间复杂度和系统性能考虑,设计了三种不同的波束赋形方法以适应多样的应用场景。进一步,论文提出一种基于DFT的RIS配置参数压缩算法,以降低基站到RIS的配置参数传输开销和系统时延。（2）人工增秩双RIS辅助的通信系统的波束赋形方法设计。论文提出一种人工增秩双RIS的部署方法,提升系统的空间自由度,设计了精确波束赋形方法,并在此基础上提出了基于相位对准的低复杂度的波束赋形方法。数值结果表明该方法可以显著降低波束赋形的系统开销。此外,当前RIS相关研究工作多采用远场信道模型,基站侧RIS与基站互相处于对方的近场区域时将导致较大的系统性能损失。论文提出一种基于分块的近场波束赋形方法,以减轻近场效应对系统性能的影响。
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