雙智能反射面輔助的ＮＯＭＡ 系統下行速率最大化研究

摘 要：由無源器件構成的智能反射面（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ，ＩＲＳ） 是未來無線通信的關鍵技術之一，可以有效地提高頻譜效率與降低硬件成本。非正交多址接入（ＮｏｎＯｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ，ＮＯＭＡ） 技術可有效地提高頻譜效率，也被認為是未來６Ｇ 的潛在關鍵技術。針對多ＩＲＳ 輔助的下行多天線ＮＯＭＡ 系統開展速率最大化研究。通過求解總用戶組合信道強度最大化問題，得到ＩＲＳ 反射面的初始相移矩陣，并據此得到用戶的解碼順序；利用拉格朗日對偶變化（Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ Ｄｕａｌ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ，ＬＤＴ） 以及二次轉化（Ｍｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｑｕａｄｒａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ，ＭＣＱＴ） 將原本復雜的問題簡化為分式優化；利用交替優化方法設計最優的波束成形矢量與相移矩陣。在優化相移時，對每個ＩＲＳ 進行單獨優化，將原問題轉化為秩的形式進行求解；求解最優波束成形時，可通過二分法獲得最優解。仿真結果表明，提出的設計方案顯著提升了系統的和速率性能。

關鍵詞：智能反射面；非正交多址接入；和速率；相位偏移；波束成形

中圖分類號：ＴＮ９２８ 文獻標志碼：Ａ

文章編號：１００３－３１０６（２０２４）１２－２８６５－０７

０ 引言

隨著移動通信的飛速發展，用戶對高速數據傳輸速率的需求不斷提高，對現有無線網絡的使用造成巨大的挑戰，于是研究者們開始尋求可開發無線傳輸新頻段。此時毫米波通信作為一項極具前景的技術被提出，可以提供大量空閑頻譜來支持高速的數據傳輸，且由于毫米波的波長較短，能夠使用大規模天線克服高載波頻率的傳播損耗［１－２］。

雖然大規模天線可以解決較大的路徑損耗問題，但是毫米波信號仍然容易被人體、樹木、建筑等阻礙物阻擋，限制了毫米波潛力的進一步釋放。近來，由東南大學崔鐵軍院士提出的智能反射面（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ，ＩＲＳ）技術能夠很好地解決這一問題。ＩＲＳ 通過在平面上集成大量低成本的無源反射元件，對信號的無線傳播環境進行智能調整，從而提高無線通信網絡的性能［３］。通過無源器件控制信號的振幅及相位，能夠在收發端建立虛擬的視距路徑。因此ＩＲＳ 的部署能有效克服毫米波易被阻擋以及傳輸損耗較高的問題。