智能反射面輔助的毫米波MIMO系統波束成形設計*

戈忠義，岳殿武，李光輝，魏思悅，蘇雨苗

(大連海事大學 信息科學技術學院，遼寧 大連 116026)

0 引 言

隨著無線通信技術的快速發展，移動網絡對于傳輸速率的需求不斷提高，發展高頻大規模天線陣列技術迫在眉睫。由于在毫米波(Millimeter-Wave,mmWave)頻率下波長較短，可以在更小空間內封裝更多的天線[1]，且大規模多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技術與毫米波系統搭配在一起可形成特定方向的光束，利用高空間復用增益雖可以實現更高的傳輸速率，但這種定向性也使得毫米波通信更容易受到遮擋物的影響而不能正常通信，這種問題在高密度城市集群中更加明顯[2]。

最近出現的智能反射面技術能夠通過重新配置無線傳播環境以達到更好的通信質量[3]，有望用來解決上述阻塞問題。智能反射面是由大量成本低廉的被動反射元件構成，每個元件都能獨立調整信號相移[4]。業內人士普遍認為智能反射面將會在5G末期甚至未來6G通信網絡中扮演極其重要的角色[5-6]。

在智能反射面輔助下行通信系統中，為了優化系統性能，常見的一個問題是需要協同優化基站端預編碼矩陣和反射面的反射系數。例如，在利用反射面提高數據傳輸速率時，反射面相位必須與基站端的主動波束形成權重，然后再進行優化[7]。另外，為了提高信號接收強度和數據吞吐量，用戶端搭載多個天線以同時接收多條數據流。在現有的研究中，文獻[8]提出了一種交叉熵算法，通過隨機相位求原始速率，在其中選出較好的速率值，然后基于較好的速率值更新下次選擇更優相位的概率，迭代多次后選出對應最好速率的相移矩陣，然而這種優化處理方案會造成嚴重的性能損失。……