[发明专利]电磁辐射约束的RIS-DMA辅助多用户MIMO上行谱效优化方法

说明书

本发明公开了一种电磁辐射约束的RIS‑DMA辅助多用户MIMO上行谱效优化方法。其中，电磁辐射的度量采用比吸收率，谱效定义为系统可达遍历和速率。信号由用户发射，经过RIS反射后被基站的DMA阵列接收，RIS中各单元独立改变入射信号的相位，DMA在基站构成收发器从而处理信号。本发明利用完整或部分CSI，以交替优化为框架联合设计发射协方差矩阵、智能反射面相移矩阵和动态超表面天线权重矩阵，使得在发射信号满足功率约束和电磁辐射约束的条件下，系统的频谱效率最大化。本发明复杂度较低，在RIS‑DMA辅助多用户MIMO上行传输中主动考虑SAR约束，相较于传统的功率回退算法提升了频谱效率，同时，随着通信过程中的信道状态信息发生变化，中央控制器能够动态实施电磁辐射约束的智能反射面到动态超表面天线辅助多用户MIMO上行谱效优化方法。

技术领域

本发明属于通信领域领域，尤其涉及电磁辐射约束的RIS-DMA辅助多用户MIMO上行谱效优化方法。

背景技术

动态超表面天线(DMA)阵列是为实现多输入多输出(MIMO)天线阵列而提出的一个全新概念，它包含几个平行的微带线，每个微带线由一组亚波长和频率选择性共振超材料元件组成。DMA在基站端构成一个主动收发器，能够固有地实现信号处理技术，如模拟波束形成和组合，并以动态可配置的方式裁剪光束和处理信号。此外，DMA减少了射频链，将大量可调元件设置在一个小的物理区域，使得基站布置大规模天线所需的物理尺寸和功耗大大降低。

可重构智能超表面(RIS)是由超薄复合材料层组成的二维超材料表面，它包含多个独立的反射元件，每个原件以软件定义的方式调谐入射信号的相位，可编程地将入射电磁波反射到所需方向。在无线系统设计中优化RIS反射元件的相移，可以在抑制干扰的同时提高设计信号功率，从而提高系统的频谱效率，成为下一代无线网络中有价值的传输策略。

电磁(EM)辐射由电磁波的传播产生，通常来自电力电子设备和各种人造光和自然光。最近，5G无线网络的迅速发展和物联网技术的逐渐成熟使得用户侧的电磁辐射成为一个关键问题。为了公众健康，通信监管机构在用户侧对电磁辐射进行了量化，并规定将其限制在较低水平，这要求了新的多用户MIMO上行链路传输策略。在用户端衡量电磁辐射的标准指标是比吸收率(SAR)，它表示人体组织每单位质量的吸收功率。目前，SAR在上行链路通信的设计中通常需要满足最坏情况的限制，在单天线情况下，这可以通过简单地降低发射功率来实现。然而，对于多天线系统，以同样的功率回退方式处理SAR限制会极大降低系统的频谱效率，尤其对于类似RIS-DMA辅助的高速率通信系统来说及其低效，这要求控制器应在发射端设计包含SAR约束的主动优化方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种电磁辐射约束的RIS-DMA辅助多用户MIMO上行谱效优化方法,以较低复杂度，解决现有系统在面对电磁辐射约束下频谱效率较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

一种电磁辐射约束的RIS-DMA辅助多用户MIMO上行谱效优化方法，在智能反射面和动态超表面天线辅助下的多用户MIMO上行传输系统中，多个用户同时发送信号到达智能反射面，智能反射面中每个反射单元能独立地改变入射信号的相位，并将信号反射至基站接收，基站端配备有动态超表面天线作为上行传输的接收天线；

利用完整信道状态信息即智能反射面到基站间、用户到智能反射面间的瞬时信道信息，或者部分信道状态信息即智能反射面到基站间的瞬时信道信息和用户到智能反射面间的统计信道信息，以谱效最大化为准则联合设计各用户的发射协方差矩阵、智能反射面相移矩阵和动态超表面天线权重矩阵，同时使得发送信号满足功率约束和电磁辐射约束，其中电磁辐射的度量采用比吸收率，谱效定义为系统可达遍历和速率，智能反射面各单元的反射相位连续；