检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：黄书博吉林大学

学位级别：硕士

在汽车自动驾驶、实时跟踪、目标监测等各种领域的应用中,无线定位一直是重要的研究课题,受到广泛的关注。根据定位目标状态的不同,无线定位大致可分为静态目标定位和动态目标定位两大方面。目前主流的静态目标定位方法包括多边定位法... 详细信息

在汽车自动驾驶、实时跟踪、目标监测等各种领域的应用中,无线定位一直是重要的研究课题,受到广泛的关注。根据定位目标状态的不同,无线定位大致可分为静态目标定位和动态目标定位两大方面。目前主流的静态目标定位方法包括多边定位法和基于子空间的定位法,其根本思想是通过定位信号获取节点之间的位置参数,如距离、接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)、到达角度等信息,再利用凸优化、最小二乘法以及梯度下降等优化技术,完成对目标的精准定位。其中,接收信号强度因其实现方便、复杂度低而得到广泛应用。与静态目标定位方法相比,动态目标因其自身的移动特性极大地增加了定位的难度,尤其是在实时性需求方面。这就要求算法必须能在较短的时间内确定目标的位置参数。目前,国内外学者研究出许多高效的信息融合技术(如卡尔曼滤波器、粒子滤波器、多模交互等)来解决动点定位问题,这些技术最大的特点就是能够快速地将多种位置信息进行融合,从而获取目标位置。现有的静态和动态目标定位研究大多依赖于远场和视距条件,但在实际场景中目标未必处于阵列的远场区域,且目标之间的视距链路不一定存在。当目标处于阵列的近场区域且缺少视距链路时,传统定位算法的性能可能会下降甚至失效。因此,如何在近场且视距链路缺失条件下实现对目标的精准定位是亟待解决的问题。近两年来,可重构智能表面作为一种新兴的技术受到了无线通信领域的广泛关注,其突出优势是能够控制表面上每个元素的幅度和相位来独立地反射入射信号。当节点之间的视距链路被障碍物严重阻塞时,可重构智能表面可以在节点之间创建虚拟视距链路使信号绕过障碍物,从而有效解决由视距链路缺失而造成的定位性能下降的问题。本文正是借助可重构智能表面的上述优势,结合加权最小二乘法、交替迭代以及扩展卡尔曼滤波器等技术,解决视距链路缺失场景下的位置参数估计问题。主要贡献如下:(1)针对锚节点和未知节点之间没有视距链路的情况,本文提出了一种基于可重构智能表面辅助的近场RSS定位算法。具体来说,利用可重构智能表面能够将信号聚焦于一个预定方向的特性,构造锚节点与未知节点之间的虚拟视距链路,克服了由于缺乏视距链路而导致定位算法性能显著下降的问题。此外,本文进一步讨论了在视距链路和虚拟视距链路共存场景下的近场定位问题,并提出可重构智能表面参数调整方案用以实现高精度的定位。仿真结果验证了算法的有效性。(2)针对现有定位算法复杂度较高的情况,本文利用可重构智能表面元素反射信号的相长干涉特性和RSS最大原理,将原多维搜索问题转化为一维方位角搜索问题,有效降低了搜索的维数,减少了计算复杂度。算法仅通过方位角搜索,即可同时解决未知节点定位和可重构智能表面的参数优化问题。在此基础上,为了进一步提高定位精度,本文推导了远近场判别算法来降低由远场假设失效而导致的不利影响。仿真实验结果表明远近场判别算法能够进一步提高定位精度。(3)针对可重构智能表面辅助的车辆定位问题,本文利用车辆位置预测结果调整可重构智能表面元素相位,从而获取包含位置信息的数据,有效提升了在缺乏视距链路条件下的车辆定位精度。为了解决观测方程的非线性化问题,本文通过扩展卡尔曼滤波器将非线性观测系统线性化,完成对目标位置信息的融合,实现对车辆的动态定位。仿真实验证明了算法的性能。

关键词：可重构智能表面近场定位车辆定位接收信号强度扩展卡尔曼滤波器虚拟视距链路

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基于可重构智能表面的多用户共生通信波束赋形算法研究

基于可重构智能表面的多用户共生通信波束赋形算法研究

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作者：胡锦林电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着数字化快速发展,越来越多的高性能数字化设备被使用,全球通信流量也在快速增加。这种趋势意味着通信服务商面临着高吞吐量和超大规模接入的挑战,这要求能够高效利用能量和频谱资源的无线通信技术。共生通信(Symbiotic Radio,... 详细信息

近年来,随着数字化快速发展,越来越多的高性能数字化设备被使用,全球通信流量也在快速增加。这种趋势意味着通信服务商面临着高吞吐量和超大规模接入的挑战,这要求能够高效利用能量和频谱资源的无线通信技术。共生通信(Symbiotic Radio,SR)是一种达成能量和频谱资源高效利用的新兴无线通信技术。在SR系统中,存在着主通信系统和副通信系统两部分,它们之间具有一种互惠共生的关系:副通信系统通过反射传输技术共享主通信系统的能量和频谱资源实现自身信息的发送,而主通信系统利用副通信系统提供的多径增益提高自身的通信质量。在本文中,我们围绕基于可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)的多用户多输入多输出共生通信系统的上行和下行场景,针对主通信和副通信系统加权和速率最大化问题,提出了实用的通信资源配置算法。在下行场景中,每个RIS作为反射设备,不仅可以增强BS到附近用户的主传输,而且还能通过反向散射调制将自身的物联网信息传输到该用户。另外,我们考虑RIS与环境传感器相连,于是通过使能的物联网传输,提出的系统可以将本地收集的环境信息通过物联网传输到附近的用户。对于下行场景,在BS最大发射功率约束下,本文研究了BS处的发射波束成形和每个RIS处的反射波束成形的联合设计问题,以最大化主传输和物联网传输的加权和速率。利用分式规划方法和交替优化技术的思想,本文提出了3种低复杂度算法来求解该问题。仿真结果表明,在RIS的辅助下,不仅基站到用户的主通信被增强,而且用户还能通过使能的物联网通信接收并利用从附近的RIS传来的环境信息。在上行场景中,RIS辅助附近用户到BS的主传输,并且通过反向散射调制将收集到的环境信息传输到BS。对于上行场景,本文分别在完美信道状态信息(Channel State Information,CSI)和不完美CSI两种情况下,通过联合设计BS处的接收波束成形和RIS处的反射波束成形,以最大限度地提高主传输和物联网传输的加权和速率。对于完美CSI的情况,本文提出了一种基于块坐标下降(Block Coordinate Descent,BCD)方法的算法来求解该问题。针对不完美CSI的情况,本文提出了一种基于BCD方法和在线渐进凸近似方法的算法来求解该问题。仿真结果显示,对比多个基准线系统,该系统在完美CSI和不完美CSI的情况下都能够获得显著的性能增益。

关键词：共生通信资源配置资源共享可重构智能表面波束成形

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基于可重构智能表面的无线通信网络关键性能研究

基于可重构智能表面的无线通信网络关键性能研究

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作者：李品绘湖南大学

学位级别：硕士

随着第五代无线通信技术的应用日渐成熟,无线行业正在向超5代和第六代无线通信技术发展,随之出现的应用程序和用例要求无线通信和传感网络具有更高的敏捷性、覆盖范围和吞吐量,以上指标需要更多新型技术的支持。目前,可重构智能表面(Rec... 详细信息

随着第五代无线通信技术的应用日渐成熟,无线行业正在向超5代和第六代无线通信技术发展,随之出现的应用程序和用例要求无线通信和传感网络具有更高的敏捷性、覆盖范围和吞吐量,以上指标需要更多新型技术的支持。目前,可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surfaces,RIS)引起了极大的关注。RIS能够动态调控无线传输环境,有望成为下一代通信技术中提高信道可靠性,提高频谱和能源效率以及在强干扰环境下改善系统性能的关键技术之一。然而,对于下一代通信网络而言,仅依靠地面RIS技术将无法满足更高精度的覆盖需求。此外,随着RIS技术的引入,通信系统中的干扰环境更加复杂。因此,针对地面通信覆盖范围有限的问题,本文提出将RIS装载到无人机上,充分利用无人机的高机动性能和广覆盖范围特征,使系统覆盖范围及性能得到有效提升;此外,针对RIS辅助通信系统的强干扰问题,研究了同信道干扰下的系统性能。主要研究内容如下: (1)建立了一个在无人机上安装RIS辅助通信的模型。分析了不同RIS元表面数、路径损耗以及不同环境下的系统性能。首先,考虑无人机对地信道存在视距传播的特性,采用Rician衰落对其建模,并提出两种更精确的近似模型以表征级联信道的衰落。分别推导出中断概率、平均误码率、信道容量的精确表达式。考虑环境密度对系统性能的影响,给出四种不同城市环境下的中断概率性能比较,并且从中断概率出发,分析了无人机的最佳高度和位置。为了研究多源或多目标所需的RIS反射元表面数量,将分析扩展到多用户网络。最后,通过仿真验证上述分析的准确性。 (2)得到了RIS元表面数和同信道干扰对系统渐近中断概率和误码率的影响规律。首先提出一种数学框架来表征级联信道,并根据中断概率和平均误码率以及相应的渐近结果来评估系统的性能。其次,将单RIS延伸到多RIS辅助网络,采用选择合并和最大比合并方案对多RIS系统下的渐近误码率进行了分析。最后通过蒙特卡洛仿真给出了系统主要参数对系统性能的影响。仿真结果表明,RIS技术的引入极大改善了系统的性能。RIS反射元表面数量和干扰项对系统性能有显著影响。对于单个RIS系统,分集度仅由RIS反射元表面数量决定,对于多RIS系统来说,分集度取决于RIS的数量和反射元表面的数量,与干扰项无关。

关键词：可重构智能表面无人机误码率中断概率同道干扰性能分析

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可重构智能表面信道建模中的RIS物理模型抽象

可重构智能表面信道建模中的RIS物理模型抽象

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第十七届全国电波传播年会

作者：刘怡平窦建武崔亦军陈艺戬杨军王瑜新中兴通讯股份有限公司移动网络和移动多媒体技术国家重点实验室西安电子科技大学广州研究院移动专用网络国家工程研究中心

随着第五代(5G)移动通信系统的成熟和商业部署,学术界和工业界对第六代(6G)移动通信系统的发展给予了更多关注.可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)被认为是第六代(6G)的潜在技术之一,具有卓越的电磁波调控能力,... 详细信息

随着第五代(5G)移动通信系统的成熟和商业部署,学术界和工业界对第六代(6G)移动通信系统的发展给予了更多关注.可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)被认为是第六代(6G)的潜在技术之一,具有卓越的电磁波调控能力,可以有效控制电磁波的相位、振幅和偏振.RIS可以用来在无线通信系统中重新配置或编程无线信道.在RIS辅助无线通信的研究中,大多数现有的工作采用简单的标量RIS模型,其对角阵由每个元素的相移组成,这导致了一些重要特性的缺失,如极化等.在本文中,基于电磁散射理论、几何光学、物理光学和弹跳射线法(SBR),提出了一种RIS物理模型抽象方法,有助于系统仿真中的RIS无线信道的建模工作.该模型的可行性已通过仿真和测试结果得到了验证.

关键词：可重构智能表面 RIS物理模型信道建模 6G 弹跳射线法

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可重构智能表面辅助的早期射频干扰抑制研究

可重构智能表面辅助的早期射频干扰抑制研究

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2024年全国微波毫米波会议（中国微波年会）

作者：彭俊晖张正洁曹海林范瑾吴德成重庆大学空间信息网络与智能信息融合重点实验室中国科学院国家天文台重庆邮电大学自动化学院

日益复杂的射频干扰(Radio Frequency Interference, RFI)不可避免地影响接收系统的模拟与数字链路性能。本文提出了一种可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)辅助的RFI早期抵消方法。基于RIS单元反射幅值和相位可... 详细信息

日益复杂的射频干扰(Radio Frequency Interference, RFI)不可避免地影响接收系统的模拟与数字链路性能。本文提出了一种可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)辅助的RFI早期抵消方法。基于RIS单元反射幅值和相位可调的特性,灵活调控干扰信号反射路径以及反射波到达接收天线时的幅度与相位。将多智能表面调控的干扰多反射波合成一个与干扰直射波幅值近似相等,相位近似反向的波域信号,实现干扰对消。文中建立了RFI早期抑制的RIS优化问题。由于优化问题非凸特性,使用改进的深度确定性策略梯度(Deep Deterministic Policy Gradient, DDPG)算法进行求解。仿真结果表明,所提的方法可以在开放的空间中有效地产生电磁静区,即在干扰进入接收天线之前实现消除。

关键词：可重构智能表面早期干扰抑制电磁静区强化学习

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可重构智能表面辅助的四元数调制无线通信系统

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无线电通信技术 2021年第2期47卷 163-167页

作者：钱良鑫杨平江科肖悦电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室四川成都611731

四元数调制(Quaternion Modulation,QMod)是一种新型高传输速率的极化调制(Polarized Modulation,PMod)技术,是未来卫星通信系统中极具潜力的多元调制方案之一。QMod将数据块分成4块,其中两块是传输数据信号,另外两块则映射到极化状态... 详细信息

四元数调制(Quaternion Modulation,QMod)是一种新型高传输速率的极化调制(Polarized Modulation,PMod)技术,是未来卫星通信系统中极具潜力的多元调制方案之一。QMod将数据块分成4块,其中两块是传输数据信号,另外两块则映射到极化状态部分。每个极化状态块均有一位比特,那么它们可以产生4个极化状态组合。这些状态组合可以用来确定传输数据块在四元数4个不同维度中的位置,从而获得两位额外的传输比特。相比于传统的PMod技术,QMod有着更高的频谱效率。为了进一步挖掘QMod的潜力,介绍了由可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)辅助的QMod系统,同时推导了该系统的平均误码率理论上界,并在瑞利信道下进行了BER性能仿真。仿真结果表明,RIS辅助的PMod或者QMod系统即便在较低的SNR情况下仍有良好的BER性能,并且随着RIS单元数的增多,其BER性能会逐步提升。

关键词：四元数调制极化调制可重构智能表面卫星通信

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双可重构智能表面辅助的无线传输系统研究

双可重构智能表面辅助的无线传输系统研究

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作者：魏思悦大连海事大学

学位级别：硕士

第六代移动通信(6G)将充分利用毫米波频段,并提供极高的容量和极低的延迟。但是毫米波信号传输距离较短且易受障碍物影响。此外,无线设备还需要永久的能量供应,而传统无线携能通信技术(Simultaneous Wireless Information and Power Tra... 详细信息

第六代移动通信(6G)将充分利用毫米波频段,并提供极高的容量和极低的延迟。但是毫米波信号传输距离较短且易受障碍物影响。此外,无线设备还需要永久的能量供应,而传统无线携能通信技术(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)存在着能量传输效率低、距离受限等问题。可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)作为6G关键技术之一,不仅可以提高无线频谱利用率和覆盖范围,同时还可以实现更高效的数据传输和能量传输,正是解决上述问题的有效方案。本文研究了多用户场景下RIS辅助无线系统的性能,主要工作包括以下内容: (1)讨论了单个RIS辅助的下行多用户多输入单输出系统。通过在基站与多用户之间部署RIS,实现系统和速率提升。考虑基站发射功率以及RIS反射相位的约束下,以最大化和速率为目标,建立了联合优化基站预编码矩阵与RIS反射相移矩阵的问题。由于优化变量耦合且优化函数非凸,采用交替优化思想对其解耦为两个子问题分别进行求解。最后通过仿真验证了算法的有效性,并显示了RIS辅助对系统和速率的提升效果。 (2)为了进一步提高性能,以及扩大通信范围,讨论了双RIS辅助的多用户多输入单输出系统。在考虑双RIS之间存在反射链路的场景下,对基站预编码矩阵以及双RIS的反射相移矩阵进行联合优化,并采用交替优化的思想将变量解耦。在优化基站预编码矩阵的子问题中,采用最小均方误差算法进行求解;在优化RIS反射相移矩阵的子问题中,采用流形优化算法进行求解。最后,仿真结果验证了所采用交替算法的性能,并且表明双RIS辅助系统可以进一步扩大信号覆盖范围。 (3)为了进一步解决低功耗设备的供能问题,将用户单天线设置扩展到多天线,并讨论了双RIS辅助的多用户多输入多输出SWIPT系统。此时和速率最大化问题还需要满足接收能量阈值约束。利用最小均方误差方法对优化问题进行重新表述后,采用块坐标下降算法进行解耦。在每个子问题中,提供了一个低复杂度的迭代算法求解优化变量。最后,仿真结果表明在SWIPT系统中引入RIS可以在满足能量约束的同时有效提升和速率,并且获得更高的接收能量阈值。

关键词：可重构智能表面无线携能通信和速率交替优化流形优化

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基于可重构智能表面的无人机通信系统优化方案

基于可重构智能表面的无人机通信系统优化方案

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作者：张齐北京邮电大学

学位级别：硕士

无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)移动通信技术被认为是第六代移动通信系统中构建空-天-地-海一体化网络的一项关键技术。UAV通过挂载通信设备并灵活调整自身位置,可以方便视距通信链路的建立,有效对抗信道衰落,具有重要的现实意义... 详细信息

无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)移动通信技术被认为是第六代移动通信系统中构建空-天-地-海一体化网络的一项关键技术。UAV通过挂载通信设备并灵活调整自身位置,可以方便视距通信链路的建立,有效对抗信道衰落,具有重要的现实意义。然而,无人机通信系统的性能受到服务持续时间有限的限制。因此,如何节约无人机的能量消耗是未来UAV通信的重要挑战。一方面,可以通过无人机轨迹设计来降低其飞行动力能耗;另一方面,可以通过无人机挂载能耗较小的通信设备来降低其通信能耗。可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)是一种近乎无源的超表面,它可以主动改变无线传播环境,有效提升无线通信系统的信道容量和频谱效率。因此,可以将RIS作为无人机的通信设备并优化无人机轨迹,节约无人机的能耗。本文主要研究基于RIS的无人机通信系统,针对RIS辅助无人机的上行和下行信息传输场景分别设计了基于RIS的无人机无线传感网络(Wireless Sensor Networks,WSN)通信系统、基于RIS的多无人机WSN通信系统和基于RIS的无人机正交频分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA)通信系统,通过优化系统模型和算法设计,提升系统性能。本文的主要工作如下:(1)针对RIS辅助单无人机的下行信息中继场景,提出了一种面向多用户的OFDMA的RIS辅助单无人机中继通信方案。该方案考虑了一个RIS辅助的中继无人机在有限的飞行周期里为多个用户提供通信服务。通过联合优化基站的时频资源块分配、无人机轨迹和RIS相移,最大化系统的最小平均可达速率。仿真实验结果表明,与现有无人机中继通信方法相比,所提的RIS辅助无人机OFDMA通信方法可以显著提升系统性能。(2)针对RIS辅助无人机的上行信息传输的场景,提出了适用于WSN场景的基于RIS的单无人机WSN数据传输方案。通过利用块坐标下降法、交替优化(Alternating Optimization,AO)以及连续凸逼近(Successive Convex Approximation,SCA)相关优化技术,提出了一种联合优化无人机轨迹、唤醒调度、无线传感网络节点能量和RIS相移矩阵,以最大化所有无线网络传感节点的平均可达速率的方法。仿真实验结果验证了在无人机数据传输场景下所提方法能有效提升系统性能。(3)针对传感器节点和通信覆盖范围不断增加的场景,提出了基于RIS的多无人机WSN数据传输方案。该传输方案将数据传输任务划分为不同的数据传输区域并由最优的无人机完成数据传输,从而降低单个无人机的工作负载。通过联合优化多架无人机轨迹、传感器节点调度以及能耗和RIS相移设计,实现在一段有限时间内最大化所有传感器节点最小数据传输速率。考虑到无人机受限于最大速度与避免碰撞约束条件,原问题是一个难以求解的非凸优化问题。通过引入辅助变量、等效变换和完全平方差公式等方法进行转化并求解。仿真实验结果验证了该算法在不同条件下的性能,且与无RIS辅助多无人机数据传输系统和RIS位置固定的多无人机数据传输系统两种基准方案相比性能有明显地提升。

关键词：无人机可重构智能表面时分多址正交频分多址连续凸逼近交替优化波束成形

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面向6G的可重构智能表面信道参数估计算法研究

面向6G的可重构智能表面信道参数估计算法研究

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作者：续英杰东南大学

学位级别：硕士

为了实现全覆盖、全频谱、全应用、全数字、全感官、强安全的愿景,第六代(6th-Generation,6G)移动通信系统有望引进可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)这一潜在关键技术。对于RIS辅助无线通信场景,RIS的部署将整... 详细信息

为了实现全覆盖、全频谱、全应用、全数字、全感官、强安全的愿景,第六代(6th-Generation,6G)移动通信系统有望引进可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)这一潜在关键技术。对于RIS辅助无线通信场景,RIS的部署将整个无线信道分为多段子信道,这需要引入更多的信道参数来准确地刻画信道特性。利用信道参数估计算法从RIS信道测量数据中准确地提取信道参数,对于后续分析信道特性、构建信道模型尤为重要。然而,现有算法由于存在对RIS信道参数估计不全的问题而无法直接适用到RIS信道测量中。为此,本论文致力于该场景下高性能信道参数估计算法的研究。具体开展的工作如下: (1)提出适用于RIS远场通信的信道参数估计算法,该算法不仅能够准确估计多径的基本信道参数(时延、多普勒频偏、离开角、到达角、极化矩阵),还实现了对RIS端入射角和反射角的全面估计。该算法包括信道数据获取、多径追踪与判别、参数估计等步骤。首先,设计了一种基于RIS传输模式切换的信道探测时间帧结构,用于获取RIS不同传输模式调控下的信道测量数据集。其次,构造了判别因子来分辨信道环境中的多径,进而确定每条径需要估计的参数。信道参数的估计遵循极大似然估计理论,参数的更新迭代基于空间交替广义期望最大化(Space-Alternating Generalized Expectation-Maximization,SAGE)原理。最后,通过仿真对所提算法性能进行了评估。结果表明,在给定合理的多径判别阈值下,算法可以很好地分辨环境中经过RIS的径和其他径。同时,在更高信噪比、更大RIS尺寸和低信噪比时更多RIS传输模式数目的条件下,所提算法将表现出更好的估计性能。 (2)提出适用于RIS近场通信的信道参数估计算法并进行实测验证,所提算法在考虑对基本信道参数估计的同时,重点实现了对RIS近场球面波特性参数的估计,弥补了现有算法无法全面估计该场景下所有信道参数的不足。首先,所提算法考虑实际测量时引入的随机初始相位,重新设计了信道探测时间帧结构。其次,推导了基于球面波假设的时域信号传播模型,利用RIS端角度参数、RIS到散射体的距离参数和耦合极化矩阵参数来刻画RIS近场球面波传播特性,并基于极大似然估计理论和SAGE原理提出了相应的估计算法。另外,通过仿真验证了所提算法能够准确地估计信道参数,与现有谱估计方法相比具有更高的精度和更快的收敛速度。最后,所提算法被应用到实际RIS信道测量的数据处理工作中。结果表明,算法能够有效地分辨出环境中经历不同传播过程的多径,并且,相较于基于平面波假设的算法,所提算法可以更精确地估计RIS近场信道的重要信道参数,估计结果可以准确地反映实际的信道传播特性。

关键词： 6G 可重构智能表面无线信道测量信道参数估计 SAGE算法

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基于可重构智能表面的绿色通信网络优化设计

基于可重构智能表面的绿色通信网络优化设计

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作者：温子浩西藏大学

学位级别：硕士

随着无线通信技术的快速发展,各种通信技术的应用场景与日俱增。未来的通信业务量、接入的设备规模都将迎来井喷式增长。随之而来的是无线通信的巨大能量消耗。因此,在未来无线通信技术的研究中,为了降低通信网络的能量消耗,需要发展以... 详细信息

随着无线通信技术的快速发展,各种通信技术的应用场景与日俱增。未来的通信业务量、接入的设备规模都将迎来井喷式增长。随之而来的是无线通信的巨大能量消耗。因此,在未来无线通信技术的研究中,为了降低通信网络的能量消耗,需要发展以能量效率作为核心评价指标的绿色通信。可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)可以由数量庞大的无源反射元件组成,并且无源反射元件的能量消耗以及成本较低。同时,RIS具有扩大覆盖范围,提高接收信号强度等优势。从而可以将RIS视为一种实现绿色通信的重要技术。首先,本文考虑部署于用户侧的可重构智能表面(User-specific Reconfigurable Intelligent Surfaces,US-RIS)。以最大化US-RIS辅助的上行链路通信网络的能效为目标,构建了一个多变量优化问题。由于描述的能效最大化问题为非凸的,利用块坐标下降(Block Coordination Desent,BCD)算法将原问题分解为三个子问题,并对每个子问题进行转换、交替求解。特别是,在对基站接收波束赋形向量和RIS相移矩阵的优化时,将原优化问题转换为信噪比最大化问题并推导出了闭式解;用户上行波束赋形向量使用半定松弛(Semidefinite Relaxation,SDR)算法进行求解,获得次优解。将分别得到的三个子问题的解进行交替更新,得到原问题的次优解。此外,探究了RIS的元件数量与通信网络能效之间的关系,同时分析了求解算法的收敛性。结果表明,提出的基于BCD算法的通信网络能效优化设计在能量效率的指标上得到了显著提升。其次,为了进一步提升通信网络的覆盖率和资源利用效率,借助非正交多址接入技术(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)在频谱效率方面的优势,本文研究RIS辅助的上行链路NOMA通信网络。在被动波束赋形以及用户功率控制的约束下,把最大化通信网络的能效作为优化目标,构建了多变量的非凸优化问题。提出了能基于SDR的能效优化设计,根据交替优化的思想,将优化问题分为三个子问题并分别求解。特别是,对通信网络的上行波束赋形向量使用Dinkelbach算法和SDR算法进行求解;在对RIS的被动波束赋形矩阵和接收组合向量的优化时,将优化问题的目标函数转换为用户信号的总功率进行求解,获得原问题的次优解。仿真结果表明,提出的能效优化的预编码设计相较于正交多址接入(Orthogonal Multiple Access,OMA)方案和RIS随机相移方案具有更好的能效。最后,由于环境反向散射通信(Ambient Backscatter Communication,Am BC)技术的低成本、低能耗的优势,同样视为一种绿色通信技术。本文针对下行链路通信网络的能效优化,提出了RIS辅助的下行链路Am BC-NOMA通信网络。并且,构建了多变量的非凸优化问题,提出基于能效的资源分配设计以最大化通信网络的能效。将该问题分解为三个子问题进行求解。在优化下行波束赋形变量时,使用Dinkelbach算法处理目标函数,并且使用一个能够改变函数凹凸性的引理和SDR算法对优化问题进行求解;优化RIS相移和反向散射系数时,将优化目标转为用户的和速率,同样使用引理和SDR算法对其求解,最终获得原优化问题的次优解。在仿真结果中,提出的NOMA方案相较OMA方案以及RIS随机相移方案具有更好的能效,并且分析了反向散射设备的位置变化对通信网络的能效的影响。

关键词：可重构智能表面绿色通信能效优化非正交多址接入环境反向散射通信

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