基于智能反射表面辅助的MIMO通信系统波束赋形算法研究.pdf

"基于智能反射表面辅助的MIMO通信系统波束赋形算法研究" 智能反射表面（Intelligent Reflecting Surface, IRS）是一种新兴的无线通信使能技术，能够智能调控电磁波的反射相位与方向。IRS具有低成本、轻薄、低损耗、复杂度小以及可部署性强等特点，因而在提高无线通信系统频谱与能量效率、增强无线通信安全并降低系统部署成本方面具备很高的竞争力和前景。 本文研究基于IRS辅助的MIMO通信系统波束赋形算法，主要解决IRS辅助MIMO无线物理层安全通信联合波束赋形问题和IRS辅助基于MIMO的认知无线电系统联合波束赋形问题。 本文研究IRS辅助MIMO无线物理层安全通信系统联合波束赋形问题。在这个问题中，多天线配置接入点（Access Point, AP）与多天线授权用户有安全通信需求，网络中存在一多天线窃听节点企图窃听授权用户保密通信。为了解决这个问题，本文提出了基于交替优化的次优算法，首先讨论IRS连续反射系数模型及AP最大发射功率约束下，联合优化AP发射协方差矩阵和IRS反射系数以最大化系统安全通信速率。然后，将所提算法推广到相同场景下IRS离散反射系数模型的问题求解。 本文研究IRS辅助的MIMO认知无线电系统联合波束赋形问题。在这个问题中，次级接入点（Secondary Access Point, SAP）需在满足自身最大发射功率约束、多主用户（Primary Users, PUs）独立干扰泄漏约束和IRS反射系数恒模约束前提下，联合优化SAP预编码矩阵和IRS反射系数以最大化次级用户加权和速率。为了解决这个问题，本文提出了基于交替优化与连续凸近似的有效算法。 本文研究了基于IRS辅助的MIMO通信系统波束赋形算法，并提出了两种基于交替优化的算法来解决IRS辅助MIMO无线物理层安全通信联合波束赋形问题和IRS辅助基于MIMO的认知无线电系统联合波束赋形问题。这些算法可以有效地提高无线通信系统的频谱与能量效率，并增强无线通信安全。 此外，本文还讨论了IRS在B5G/6G技术中的应用前景，并指出了IRS在提高无线通信系统频谱与能量效率、增强无线通信安全并降低系统部署成本方面的优势。