CN113726392B - 一种基于毫米波mimo***上行链路的波束赋形设计方法 - Google Patents
一种基于毫米波mimo***上行链路的波束赋形设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113726392B CN113726392B CN202111291310.XA CN202111291310A CN113726392B CN 113726392 B CN113726392 B CN 113726392B CN 202111291310 A CN202111291310 A CN 202111291310A CN 113726392 B CN113726392 B CN 113726392B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- representing
- reconfigurable
- calculating
- super
- reconfigurable super
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
- H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
- H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
- H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
- H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
- H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
- H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
- H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
- H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
- H04B7/0842—Weighted combining
- H04B7/086—Weighted combining using weights depending on external parameters, e.g. direction of arrival [DOA], predetermined weights or beamforming
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
本发明公开一种基于毫米波MIMO***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***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***,该方法具有收敛速度快、***频谱效率高等优点。
Description
技术领域
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***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
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***(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***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***的能量效率。
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***中可以使用混合波束赋形,虽然可以改善***的性能,但是在毫米波信道中,由于信号易被遮挡,当用户到基站之间没有直达径时,***损耗将会急剧上升。通过使用可重构超表面辅助大规模MIMO通信,将传统的模拟波束赋形放在可重构超表面处,***的频谱效率将会大大提升。在“ZENG S, ZHANG H, DI B, et al. Reconfigurable Intelligent Surface(RIS) Assisted Wireless Coverage Extension: RIS Orientation and LocationOptimization [J]. IEEE Communications Letters, 2021, 25(1): 269-73”中,指出在可重构超表面辅助的大规模MIMO下行链路***中,加入可重构超表面能够有效提升***覆盖范围,证明了在大规模MIMO***中加入可重构超表面的可行性。
然而混合波束赋形存在的挑战之一是:模拟波束赋形具有恒模约数,导致整个优化问题非凸,很难求解。
发明内容
发明目的:针对毫米波大规模MIMO***中信号易被遮挡问题,本发明提出一种基于毫米波MIMO***上行链路的波束赋形设计方法,该方法适用于毫米波***,能够有效提高***频谱效率。
技术方案:一种基于毫米波MIMO***上行链路的波束赋形设计方法,包含以下步骤:
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***频谱效率;
步骤S8:重复步骤S3-S7,直至收敛。
优选的,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:
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:
优选的,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:
优选的,步骤S7中计算***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703:计算***的频谱效率:
优选的,步骤S8中的收敛条件为:当***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。
有益效果:与现有技术相比,本发明所提供的基于毫米波MIMO***上行链路的波束赋形设计方法,具有如下优点:
(1)覆盖范围广,本发明所提出方案可以有效扩大***覆盖范围,提升小区边缘用户通信性能;
(2)频谱效率高,本发明所提出方案能有效提高***的频谱效率;
(3)复杂度较低,本发明所提出的方案复杂度低、收敛速度快。
附图说明
图1为本发明实施例的实施流程图;
图2为本发明中可重构超表面辅助毫米波大规模MIMO***上行链路的发射端接收端框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐明本发明,应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示,一种基于毫米波MIMO***上行链路的波束赋形设计方法,设小区内用
户数目为,每个用户仅配备1根收发天线,基站侧配置根接收天线,可重构超表面反射
单元个数为,***模型图如图2,从图2中可以看出,基站接收到的信号一部分是从用户直
接到基站,另一部分是从用户到可重构超表面再到基站。基站接收到的信号可以表示为:
其中,表示用户发送信号的功率;是用户到基站的等效信
道;表示可重构超表面到基站的信道;表示可重构超表
面的反射单元相移矩阵,,,表示反射相位且,表
示反射信号的幅值且,假设信号在反射过程中没有衰减,所以;表示用户到基站之间的直达径;表示第个用户发送的信号,均值为0,方
差为1,;是信道中的加性高斯白噪声,,,服从零均值,协方差矩阵为的循环对称复高斯分布。
具体包含以下8个步骤:
步骤401:计算等效信道容量:
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:
第五步、根据第四步计算所得偏导数,更新反射单元的相位值,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:
第六步、根据步骤五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,具体步骤为:
第七步、计算当前可重构超表面条件下的等效信道容量及***频谱效率,具体步骤为:
步骤701:根据步骤四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703:计算***的频谱效率:
第八步、重复步骤三、四、五、六、七,直至收敛,具体步骤为:
当***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。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (2)
1.一种基于毫米波MIMO***上行链路的波束赋形设计方法,其特征在于,包含以下步骤:
计算偏导数的具体步骤为:
步骤401:计算等效信道容量:
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:
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;
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:
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***频谱效率;
步骤S8:重复步骤S3-S7,直至收敛;
收敛条件为:当***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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111291310.XA CN113726392B (zh) | 2021-11-03 | 2021-11-03 | 一种基于毫米波mimo***上行链路的波束赋形设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111291310.XA CN113726392B (zh) | 2021-11-03 | 2021-11-03 | 一种基于毫米波mimo***上行链路的波束赋形设计方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113726392A CN113726392A (zh) | 2021-11-30 |
CN113726392B true CN113726392B (zh) | 2022-02-25 |
Family
ID=78686537
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111291310.XA Active CN113726392B (zh) | 2021-11-03 | 2021-11-03 | 一种基于毫米波mimo***上行链路的波束赋形设计方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113726392B (zh) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111010219A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-04-14 | 东南大学 | 可重构智能表面辅助的多用户mimo上行链路传输方法 |
WO2021206410A1 (en) * | 2020-04-06 | 2021-10-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for performing beam management based on uplink reference signal |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112584453A (zh) * | 2019-09-30 | 2021-03-30 | 北京三星通信技术研究有限公司 | 移动通信网络中的主节点、辅节点和用户设备及其通信方法 |
CN112804695B (zh) * | 2020-12-28 | 2023-06-30 | 北京邮电大学 | 可重构智能表面辅助的无线通信方法及装置 |
-
2021
- 2021-11-03 CN CN202111291310.XA patent/CN113726392B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111010219A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-04-14 | 东南大学 | 可重构智能表面辅助的多用户mimo上行链路传输方法 |
WO2021206410A1 (en) * | 2020-04-06 | 2021-10-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for performing beam management based on uplink reference signal |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113726392A (zh) | 2021-11-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113225108B (zh) | 一种智能反射面辅助多小区协同多点传输的鲁棒波束赋形方法 | |
CN104935366B (zh) | 毫米波通信中的波束搜索方法 | |
CN102412885B (zh) | Lte中的三维波束赋形方法 | |
CN111787558A (zh) | 一种mimome***及其安全速率优化方法 | |
CN101867402A (zh) | 一种自适应天线选择的mimo***及其应用方法 | |
CN112039564B (zh) | 一种卫星大规模mimo广覆盖预编码传输方法 | |
CN104320169B (zh) | 多用户3d‑mimo***中三维波束赋形设计方法 | |
CN105244634B (zh) | 大规模mimo天线阵列的降维方法及利用该方法的*** | |
CN114285702A (zh) | 一种用于毫米波irs协作***的稀疏级联信道估计方法 | |
CN114726687A (zh) | 一种智能反射面辅助毫米波大规模mimo***的信道估计方法 | |
CN114826450A (zh) | 一种基于统计信道的star-ris辅助noma***中遍历速率分析方法和相位优化方法 | |
Jasim et al. | Hooke Jeeves search method for initial beam access in 5G mmWave cellular networks | |
CN110071747B (zh) | 一种大规模mimo***上行链路低复杂度量化比特选择方法 | |
CN105306117A (zh) | 一种基于协方差矩阵扩展的半虚拟天线阵波束形成方法 | |
CN114222310A (zh) | 一种联合3d波束赋形和智能反射面反射优化方法 | |
Li et al. | Near-field beamforming for STAR-RIS networks | |
CN108966337A (zh) | 一种基于波束空间的大规模接入方法 | |
CN113726392B (zh) | 一种基于毫米波mimo***上行链路的波束赋形设计方法 | |
WO2023165237A1 (zh) | 一种基于全息多址接入的信道估计方法及装置 | |
CN116056118A (zh) | 基于主被动混合智能超表面的无线通信传输方法及*** | |
CN104821840B (zh) | 一种大规模多输入多输出下行***的抗干扰方法 | |
CN114614925B (zh) | 一种可重构智能面辅助的毫米波非正交多址接入***中能量效率优化方法 | |
CN113922849B (zh) | 一种毫米波mimo-noma***下的用户分组和功率分配方法 | |
Wang et al. | Terahertz Near-Field Communications and Sensing | |
CN113726389A (zh) | 基于可重构反射超表面的无小区组网***及方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |