【摘 要】
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智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)是一个大型的电磁超表面,由大量低成本、几乎无源的反射单元组成。通过有效的设计反射单元的相移,智能反射面能够实现对入射电磁波的定向反射,以智能地重新配置无线传播环境,从而提高无线通信系统性能,是一种非常有应用前景的绿色通信技术。为了实现在实际系统中的部署与应用,智能反射面需要具备一定的信息传输能力,以实现与其辅助系统的
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智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)是一个大型的电磁超表面,由大量低成本、几乎无源的反射单元组成。通过有效的设计反射单元的相移,智能反射面能够实现对入射电磁波的定向反射,以智能地重新配置无线传播环境,从而提高无线通信系统性能,是一种非常有应用前景的绿色通信技术。为了实现在实际系统中的部署与应用,智能反射面需要具备一定的信息传输能力,以实现与其辅助系统的协调同步并保证其功能的正常发挥。可以通过为RIS配备专用的射频(Radio Frequency,RF)链来实现RIS信息传输,但这会消耗额外的时间/频率资源并增加部署智能反射面的硬件成本。这智能反射面“被动”性质不符。为了更高效的传输智能反射面的信息,本文提出了一种基于空间调制的智能反射面被动信息传输机制,我们称之为联合无源波束赋型和信息传输(Passive Beamforming Information Transfer,PBIT)。在PBIT方案中,智能反射面的信息被调制到其反射单元的“开/关”状态上,接收端通过检测对应的反射单元是由被激活来获取其信息,从而实现了在不增加硬件成本和能源消耗以及不占用额外时域和频谱资源的情况下智能反射面信息的传输。在采用了PBIT方案的系统中,智能反射面的开关状态具有随机性以承载其信息,导致其波束赋形设计为随机规划。同时,智能反射面信息和用户信息的同时传输使得其接收机的设计为双线性信号检测问题。针对这两个问题,我们分别提出了在单用户单发多收(Single Input Multiple Output,SIMO)系统和多用户SIMO系统中的解决方案。具体而言,在单用户SIMO PBIT系统中:针对无源波束赋形设计,我们提出了基于半正定松弛的接收端信噪比最大化算法;针对双线性接收机设计,我们提出了基于矩阵秩-1分解的两步求解方案。对于多用户SIMO系统中的无源波束赋型设计,我们提出了基于采样平均逼近的交替优化算法,和在计算复杂度和性能上取得良好平衡的简化的优化算法。针对多用户SIMO系统中的接收机设计,我们设计了基于消息传递(Message Passing,MP)的turbo迭代检测算法。我们在MATLAB软件上进行了仿真验证。仿真结果显示了所提出的优化算法可以明显的增加系统的用户可达码率,所提出的检测算法能够较为精确的同时恢复用户和反射面的信息。
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