基于LIS的毫米波增强覆盖方法研究

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随着物联网和移动互联网的蓬勃发展,各种新兴的无线业务和应用对新一代通信系统的频谱效率、覆盖范围和用户接入提出了更高要求。由于毫米波具备波长短和频带宽等特点,可以解决无线通信中的许多问题,在短距离无线通信中拥有广阔的发展前景。然而由于毫米波存在绕射能力和穿透能力差等缺陷,当前研究者们提出了大型智能面(Large Intelligent Surface,LIS)来解决毫米波通信面临的主要问题。LIS通过扩展连接一条高质量的辅助链路可以带来更好的多径效应,它抵消毫米波通信过程中带来的部分损耗。除此之外,为了提高用户的接入数量,本文研究非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA),NOMA也被研究者认为是一项有前途的多址候选技术。与传统的正交多址接入(Orthogonal Multiple Access,OMA)方案不同,NOMA可以使多个用户共享相同的时间、频率、空间和码域等资源。本文主要研究在NOMA下利用LIS辅助的混合预编码对用户覆盖增强的问题。首先介绍毫米波通信的基础知识,包括毫米波通信的特点、MISO-NOMA系统模型和LIS的辅助通信方法,通过设计用户预编码和LIS反射单元权值使其满足系统加权和速率(Weighted Sum-Rate,WSR)最大化。然后,在信道状态信息(Channel Sate Information,CSI)完全已知的条件下,采用用基于迫零(Zero Forcing,ZF)预编码的低复杂度块坐标下降(Block Coordinate Descent,BCD)方案优化预编码和LIS反射矩阵,该设计方案将优化问题分解为多个子问题,通过迭代得到一个稳定解。本文采用WMMSE预编码算法和基于黎曼共轭梯度算法的LIS反射矩阵最大化系统的WSR。由于LIS反射矩阵带来的高质量的辅助链路和性能增益,LIS反射矩阵和预编码矩阵的联合优化将给系统带来较高的效益。最后,根据黎曼流行的方法,本文设计了在LIS辅助下的混合预编码,在此基础上采用黎曼共轭梯度(Riemann Conjugate Gradient,RCG)算法对LIS反射矩阵进行优化。仿真结果表明该方案在发射天线和LIS单元数方面均有良好的性能提升。
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