CN113645171A - 可重构智能表面多用户mimo系统调制解调方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可重构智能表面多用户MIMO系统调制解调方法及装置，该调制方法包括：按照预设的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系，确定当前索引比特信息对应的用户子列和/或频带的分配结果；按分配结果进行数据符号传输；其中，RIS阵列被等分为多个子列，使用频带被分为若干子带；在一个符号周期内，每个用户仅占用一个子列和/或频带，每个子列和频带最多服务一个用户。该方法通过发射端根据索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系，进行子列信号发射，不同用户占用子列或频带的分配方式，对应不同的索引比特信息，无需更多能量消耗即可进行额外索引比特传输，能够提升系统频谱效率和能量效率。

Description

可重构智能表面多用户MIMO系统调制解调方法及装置
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种可重构智能表面多用户MIMO系统调制解调方法及装置。
背景技术
随着移动通信用户激增，用户需求速率不断增长，移动通信频段逐渐提升，以寻求更大可用带宽。为克服高频信号所受严重路径衰减，超大规模MIMO(Ultra-Massive MIMO，UM-MIMO)技术逐渐受到业界普遍关注，UM-MIMO系统天线数量巨大，需要采用混合预编码(波束赋形)技术降低射频链路数量，减小硬件成本。但是，基于传统相控阵天线的模拟波束赋形需要大量微带线和射频器件连接射频链路和天线阵元，硬件开销大，复杂度高。上述射频链路与天线阵元的连接部分常被称为馈电网络，在UM-MIMO场景下其成本问题亟待解决。
近年来，可重构智能表面(Reconfigurable intelligent surface，RIS)技术广泛应用于MIMO系统的发射机设计中，能够有效降低发端硬件成本和能量损耗。可重构智能表面为一块包含多阵元的可编程超平面，每个阵元附着一可调电子元件，外部控制信号能够改变该元件的电学参数，进而使得经过该阵元反射的信号相位和幅度发生改变。与传统相控阵天线不同的是，载波信号由馈源无线传输至RIS并发生反射，无需馈电网络，因此硬件成本和能量损耗显著降低。由于RIS阵元可通过控制信号灵活改变入射信号相位，因此RIS能够替代传统相控阵天线，实现低成本、低耗能的模拟波束赋形功能。
随着用户数量不断膨胀，移动通信网络吞吐率要求逐渐提升。为寻求更多可用带宽，现有研究主要聚焦于毫米波太赫兹频段。基站功耗大，成本高，目前的索引调制技术通过只激活部分传输实体用于数据传输，或是灵活改变传输符号的排列方式，将额外信息比特(称为索引比特)携带于被激活传输实体的序号(或是不同传输符号的排列方式)中。这里传输实体是指比如正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)的子载波、单载波的传输时隙、MIMO的收发天线等。索引比特的传输无需额外耗能，因此索引调制能够有效提升系统能量效率，甚至获得比传统调制方法更高的频谱效率。目前已有初步研究将RIS阵元作为传输实体进行索引调制，但仅考虑了RIS作为反射中继的单用户场景。基于RIS发射机架构的MU-MIMO系统中索引调制技术总，如何提升RIS-MU-MIMO系统的通信频谱效率和能量效率问题有待解决。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可重构智能表面多用户MIMO系统调制解调方法及装置。
本发明提供一种可重构智能表面多用户MIMO系统的调制方法，包括：按照预设的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系，根据待发送的索引比特信息，确定当前用户子列和/或频带的分配结果；按所述分配结果，进行数据符号传输；其中，RIS阵列被等分为多个子列，和/或使用频带被分为若干不重叠的子带；在一个符号周期内，每个用户仅占用一个子列和/或频带，每个子列和频带最多服务一个用户；不同符号周期内，用户所占用的RIS子列和/或频带序号由待发送的索引比特确定；接收端和发送端具有相同的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系。
根据本发明一个实施例的可重构智能表面多用户MIMO系统的调制方法，若接收信号的终端之间能够互相通信，则所述对应关系为：根据不同用户占用子列和/或频带序号的排列方式，对应不同索引比特信息；
若接收信号的终端之间无法通信，则所述对应关系为：每一用户占用不同的子列和/或频带序号，直接确定该用户对应的索引比特；其中，子列数和频带数多于用户数，任意两个用户的索引比特对应方式不完全相同。
根据本发明一个实施例的可重构智能表面多用户MIMO系统的调制方法，按所述分配结果，进行数据符号传输之前，还包括：基于信漏比最大化准则，根据信道估计所得下行信道信息，分别确定子列波束对准不同用户时的模拟波束赋形矢量，并存入本地码本中，并发送给每个服务用户；相应地，按所述分配结果，进行数据符号传输，包括：按照每一子列选择码本中不同波束赋形矢量切换所服务用户。
本发明提供一种可重构智能表面多用户MIMO系统的解调方法，包括：若接收信号的用户终端之间能够互相通信，则接收其他所有用户的子列序号和/或频带序号估计结果，并广播自身估计出的RIS子列序号和/或频带序号给其他用户；根据预设的索引比特信息与不同用户占用子列序号和/或频带序号的对应关系，解码出索引比特；其中，RIS阵列被等分为多个子列，和/或使用频带被分为若干不重叠的子带；在一个符号周期内，每个用户仅占用一个子列和/或频带，每个子列和频带最多服务一个用户；不同符号周期内，用户所占用的RIS子列和/或频带序号由待发送的索引比特确定；接收端和发送端具有相同的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系。
根据本发明一个实施例的可重构智能表面多用户MIMO系统的解调方法，若接收信号的终端之间无法通信，则：根据接收信号的子列解析结果，以及根据索引比特信息与不同用户占用子列的对应关系，查找当前符号周期的索引比特；其中，子列数多于用户数，所述对应关系满足每一用户占用的子列序号仅由该用户的索引比特确定。
根据本发明一个实施例的可重构智能表面多用户MIMO系统的解调方法，所述广播自身估计出的RIS子列序号和/或频带序号给其他用户之前，还包括：根据接收信号，使用非相干解调方法确定频带序号，并根据信道状态信息和波束赋形矢量码本，利用最大似然准则估计发送符号和占用的RIS子列序号，并解调符号比特；其中，所述波束赋形矢量码本，为信号发射端发送。
本发明还提供一种可重构智能表面多用户MIMO系统的调制装置，包括：分配模块，用于按照预设的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系，根据待发送的索引比特信息，确定当前用户子列和/或频带的分配结果；发送模块，用于按所述分配结果，进行数据符号传输；其中，RIS阵列被等分为多个子列，和/或使用频带被分为若干不重叠的子带；在一个符号周期内，每个用户仅占用一个子列和/或频带，每个子列和频带最多服务一个用户；不同符号周期内，用户所占用的RIS子列和/或频带序号由待发送的索引比特确定；接收端和发送端具有相同的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系。
本发明还提供一种可重构智能表面多用户MIMO系统的解调装置，包括：收发模块，用于若接收信号的用户终端之间能够互相通信，则接收其他所有用户的子列序号和/或频带序号估计结果，并广播自身估计出的RIS子列序号和/或频带序号给其他用户；解析模块，用于根据预设的索引比特信息与不同用户占用子列序号和/或频带序号的对应关系，解码出索引比特；其中，RIS阵列被等分为多个子列，和/或使用频带被分为若干不重叠的子带；在一个符号周期内，每个用户仅占用一个子列和/或频带，每个子列和频带最多服务一个用户；不同符号周期内，用户所占用的RIS子列和/或频带序号由待发送的索引比特确定；接收端和发送端具有相同的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述可重构智能表面多用户MIMO系统的调制解调方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述可重构智能表面多用户MIMO系统的调制解调方法的步骤。
本发明提供的可重构智能表面多用户MIMO系统调制解调方法及装置，通过发射端根据索引比特编码与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系，进行符号信息传输，从而不同用户占用子列或频带的分配方式，能够对应一定索引比特信息，即无需能量消耗可进行额外索引比特的传输，能够提升系统频谱效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的可重构智能表面多用户MIMO系统的调制解调方法的流程示意图；
图2是本发明提供的IM-RIS-MU-MIMO系统结构示意图
图3是本发明提供的IM-RIS-MU-MIMO发射机框图；
图4是本发明提供的IM-RIS-MU-MIMO接收机框图；
图5是本发明提供的IM-RIS-MU-MIMO用户所占频带序号的非相干检测器框图；
图6为IM-RIS-MU-MIMO与传统RIS-MU-MIMO系统误码性能仿真示意图；
图7是本发明提供的可重构智能表面多用户MIMO系统的调制解调装置的结构示意图；
图8是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有研究在基于RIS的发射机设计方面主要分为两类。第一类借助外部控制信号将传输信息直接调制在RIS阵元反射系数的幅度和相位上。具体地，发射机馈源只传输未调制的射频载波信号给RIS阵列。假设第(n,m)个阵元处入射载波信号为En,m，则其反射信号可写为：
Figure BDA0003161397470000061
其中
Figure BDA0003161397470000062
为第(n,m)个阵元的反射系数，其幅度和相位能通过控制信号改变附着电子元件的阻抗来实现灵活调整，可以用于构造星座点符号，如相移键控(Phase-Shift Keying，PSK)和正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)等。对于恒模PSK符号，现有研究通过对阵元物理结构进行特殊设计，使θn,m可调范围尽量大，而使An,m的变化尽量小，进而反射系数幅度近似为常数A，则发送信息可通过外部控制信号调整阵元反射系数，实现PSK调制。假设RIS阵列尺寸为N0×M0，则RIS-MIMO的发送信号矢量可写为：
Figure BDA0003161397470000071
现有研究限于反射系数幅度和相位相应的高度耦合性多考虑上述恒模约束，即An,m近似恒定。在该约束下，RIS-MIMO仍然可以借助非线性调制技术，通过恒模信号的一次谐波分量构造QAM符号。但是，由于只有一次谐波携带信息，这种构造方法可能导致系统能量效率降低。除了能够支持高阶PSK或QAM星座点调制，这种RIS-MIMO架构还支持模拟波束赋形。与传统MIMO模拟波束赋形不同的是，RIS-MIMO的模拟预编码矩阵为对角阵，设
Figure BDA0003161397470000072
Figure BDA0003161397470000073
为待传输符号，则经模拟预编码后发送信号矢量可写为：
Figure BDA0003161397470000074
相当于每个阵元在原有数据符号基础上额外旋转一个相位，可通过外部控制信号调节RIS元件阻抗实现。抛开其诸多优势，第一类RIS-MIMO发射机的主要问题在于受恒模约束限制，难以实现高能效的非恒模调制；另外，这类结构由于馈源个数、计算能力有限，因此难以支持数字波束赋形和多用户上行通信。
与第一类方法不同，第二类RIS-MIMO发射机直接使用多个馈源进行数据传输，而RIS外部控制信号仅用于调整阵元反射系数以实现模拟预编码，其数学形式与第一类方法近似，在此不再赘述。在第二类结构中，馈源的作用不再局限于载波辐射，具有一定计算能力，能够支持数字预编码和非恒模幅度/相位调制(如QAM)，并能支持上行通信。因此，本发明重点考虑上述第二类RIS-MIMO发射机。
下面结合图1-图8描述本发明的可重构智能表面多用户MIMO系统调制解调方法及装置。图1是本发明提供的可重构智能表面多用户MIMO系统的调制解调方法的流程示意图，如图1所示，本发明提供可重构智能表面多用户MIMO系统的调制解调方法，包括：
101、按照预设的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系，根据待发送的索引比特信息，确定当前用户子列和/或频带的分配结果；
102、按所述分配结果，进行数据符号传输；
其中，RIS阵列被等分为多个子列，和/或使用频带被分为若干不重叠的子带；在一个符号周期内，每个用户仅占用一个子列和/或频带，每个子列和频带最多服务一个用户；不同符号周期内，用户所占用的RIS子列和/或频带序号由待发送的索引比特确定；接收端和发送端具有相同的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系。
图2是本发明提供的IM(Index Modulation，索引调制)-RIS-MU-MIMO系统结构示意图，如图2所示，发射端配备一大型RIS阵列，被等分为K个子列，每个子列包含Nt个阵元，由外部控制信号调节其反射系数相位(反射系数幅度可近似为常数)。每个子列对应一个发射馈源，以无线方式向该子列传输独立数据流，因此馈源个数为K。在下行通信服务中，如图3发射机结构图所示，发端首先生成M(M≤K)路独立比特数据流分别服务M个用户，每路数据流包含bs比特符号信息和bI比特索引信息。不同用户的符号比特输入L阶调制器生成M路数据符号，如L阶相移键控(L-ary Phase Shift Keying，L-PSK)，记为si[n],i＝0,1,…,M-1,n＝0,1,…,N-1。N表示数据帧长度，在一帧内假设信道系数近似不变。接着，每路数据符号仅由一个RIS子列进行发送，且各路所占用RIS子列的分配策略在不同的符号周期可灵活变化。具体地，所有用户总共MbI比特索引信息输入一个索引映射器中。索引映射器内含一个索引比特与子列分配策略的映射关系查找表。
假设用户间存在信息交互，则查找表可如表1设计，其中K＝4,M＝4。
表1.索引比特与子列分配策略对应关系查找表(K＝4,M＝4)
Figure BDA0003161397470000091
通过该查找表可得到不同用户占用的RIS子列序号，记作I0[n],I1[n],…,IM-1[n]。这些序号与数据符号si[n],i＝0,1,…,M-1共同输入一个支路选择器，使得si[n],i＝0,1,…,M-1分别输入第Ii[n],i＝0,1,…,M-1个馈源，并由第Ii[n]个RIS子列进行传输。
经过上述发射端操作，系统不仅能够通过传统幅度/相位调制符号发送信息，还可在占用RIS子列序号域携带最多
Figure BDA0003161397470000101
比特的索引信息且无需额外耗能，因此能够获得频谱效率和能量效率增益。
当用户间存在信息交互时，IM-RIS-MU-MIMO系统的单用户频谱效率可写为：
Figure BDA0003161397470000102
其中
Figure BDA0003161397470000103
表示排列数。由上式可以看出，相对于传统RIS-MU-MIMO系统，本发明的方法能够获得单用户
Figure BDA0003161397470000104
(bit/s/Hz)的频谱效率增益。
为进一步提升IM-RIS-MU-MIMO系统的频谱效率和可靠性，在现有RIS子列序号域索引调制的基础上，还可引入频域索引调制。具体地，每个RIS馈源可发射NF种不同频率的载波信号，其中心频率记为
Figure BDA0003161397470000105
相邻两中心频率间隔足够大，从而通过选择不同的载波频率，可使信息分别加载在不重叠的NF个频带上，分别记为：
Figure BDA0003161397470000106
为减小用户间干扰，不同用户使用不同频带进行通信。此外，在不同符号周期内，用户的频带分配策略可灵活变换，从而不同用户占用的频带序号排列也能携带额外的索引比特信息。在用户间信息交互情况下，所携带索引比特与频带序号排列的映射关系表与表1形式相同(NF＝4,M＝4)。单个用户通过频域索引调制能最多携带
Figure BDA0003161397470000107
比特信息，此时单用户频谱效率可写为：
Figure BDA0003161397470000108
可见此时IM-RIS-MU-MIMO系统获得了更大的频谱效率增益。
本发明的可重构智能表面多用户MIMO系统的调制方法，通过发射端根据索引比特编码与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系，进行子列的信号发射，从而不同用户占用子列或频带的分配方式，能够对应不同的索引比特信息，即无需能量消耗进行额外索引比特的传输，由于索引比特信息传输无需额外耗能，因此能够提升系统能量效率。
在一个实施例中，若接收信号的终端之间能够互相通信，则所述对应关系为：根据不同用户占用子列和/或频带序号的排列方式，对应不同索引比特信息。
若接收信号的终端之间无法通信，则所述对应关系为：每一用户占用不同的子列和/或频带序号，直接确定该用户对应的索引比特；其中，子列数和频带数多于用户数，任意两个用户的索引比特对应方式不完全相同。
接收信号的终端之间能够互相通信的对应情况上述实施例已作说明，例如表1所示。当用户间不存在信息交互时，由于用户无法获知其他用户所占用的RIS子列情况，因此需要对索引比特与子列分配策略的对应关系进行重新设计，设计方法如下：首先可使用RIS子列数K>M以增大可选子列分配策略的冗余度，方便进行设计。接着设计查找表使得对于任一用户，其索引比特只由自身占用RIS子列的序号决定，与其他用户占用子列序号无关。举例来说，当K＝4,M＝3时，一种可行的索引比特与子列分配策略对应关系查找表设计如表2所示。
表2索引比特与子列分配策略对应关系查找表(K＝4,M＝3)
Figure BDA0003161397470000111
Figure BDA0003161397470000121
可以看到，用户0占用子列0或1时，携带索引比特为0；占用子列2或3时，携带索引比特为1。用户1和2也有类似性质。从而用户在获知自身占用子列序号后，即可直接解调索引比特，无需获知其他用户情况。上述所提查找表设计方法称为分布式索引比特与RIS子列分配策略对应关系设计，该设计可能导致系统相对于用户间信息交互的情况索引比特数减少，频谱效率略有下降。但仍然可以进行索引比特信息的无需额外耗能消耗的传输，因此仍然能够提升系统能量效率。
在一个实施例中，所述按所述分配结果，进行数据符号传输之前，还包括：基于信漏比最大化准则，根据信道估计所得下行信道信息，分别确定子列波束对准不同用户时的模拟波束赋形矢量，并存入本地码本中，并发送给每个服务用户；相应地，按所述分配结果，进行数据符号传输，包括：按照每一子列选择码本中不同波束赋形矢量切换所服务用户。
索引信息还将作为外部控制信息来选择不同子列的模拟波束赋形矢量，以实现控制RIS子列波束指向特定用户。
根据上述描述，假设用户接收天线数为Nr，则第m个用户的接收信号可写为：
Figure BDA0003161397470000122
其中，Ym,n＝[ym,n[0],ym,n[1],…,ym,n[Nr-1]]T为第m个用户的Nr×1维接收向量；
Figure BDA0003161397470000123
为第Im[n]个RIS子列到第m个用户的Nr×Nt维信道矩阵；wm,n表示Nr×1维噪声矢量，服从联合复高斯分布CN(0,σ2I)，σ2和I分别表示噪声功率和单位矩阵。
Figure BDA0003161397470000131
为任一RIS子列波束对准任一用户时的模拟波束赋形矢量码本，其中
Figure BDA0003161397470000132
Figure BDA0003161397470000133
这里
Figure BDA0003161397470000134
为第t个阵元的旋转相位，受到硬件限制其取值数量有限，取值集合记为
Figure BDA0003161397470000135
在每个数据帧传输之前，基站需要进行信道估计，并根据所得信道信息对码本
Figure BDA0003161397470000136
进行更新，具体更新方法如下所示：
Figure BDA0003161397470000137
假设平均发送功率E(‖si[n]‖2)＝1。上式中
Figure BDA0003161397470000138
表示基站端第i个RIS子列到第m个用户的发端信号-泄漏比(信漏比)，上述更新策略称为基于信漏比最大化准则的模拟波束赋形矢量码本更新策略。
本发明还提供一种可重构智能表面多用户MIMO系统的解调方法，与上述可重构智能表面多用户MIMO系统的调制方法相对应，用于接收端对上述调制信号的解调。该解调方法包括：若接收信号的用户终端之间能够互相通信，则接收其他所有用户的子列序号和/或频带序号估计结果，并广播自身估计出的RIS子列序号和/或频带序号给其他用户；根据预设的索引比特信息与不同用户占用子列序号和/或频带序号的对应关系，解码出索引比特；其中，RIS阵列被等分为多个子列，和/或使用频带被分为若干不重叠的子带；在一个符号周期内，每个用户仅占用一个子列和/或频带，每个子列和频带最多服务一个用户；不同符号周期内，用户所占用的RIS子列和/或频带序号由待发送的索引比特确定；接收端和发送端具有相同的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系。
在接收端，如图4所示，考虑第m个用户，接收端已知下行信道状态信息和波束赋形矢量码本
Figure BDA0003161397470000141
根据接收信号矢量Ym,n对占用RIS子列序号和数据符号做联合最大似然检测，如下所示：
Figure BDA0003161397470000142
其中，
Figure BDA0003161397470000143
表示所采用的L阶星座点集，
Figure BDA0003161397470000144
和
Figure BDA0003161397470000145
分别为第m个用户对应的RIS子列序号和发送数据符号的估计值。检测结束后，一方面
Figure BDA0003161397470000146
直接输入符号解映射器恢复出符号比特。另一方面，用户间存在信息交互时，每个用户广播自身估计出的RIS子列序号
Figure BDA0003161397470000147
给其他用户。从而用户m能获知完整的用户子列分配策略，从而将其输入索引解映射器依据查找表恢复索引比特。
对于频带序号，在接收端，在采用RIS子列序号域索引调制的IM-RIS-MU-MIMO系统接收机(图4)基础上，需要使用非相干检测器对用户所占频带的序号进行估计，如图5所示。接收信号输入NF个带通滤波器，分别对应NF个不同频带。滤波器输出信号接着进入包络检波器以电压的形式输出信号幅值，分别记作
Figure BDA0003161397470000148
最后输入一个判决器，得到最大幅值对应序号，即为该用户占用频带序号的估计值。后续对索引比特的恢复方法与RIS子列序号域索引调制的类似。
在一个实施例中，若接收信号的终端之间无法通信，则：根据接收信号的子列解析结果，以及根据索引比特信息与不同用户占用子列的对应关系，查找当前符号周期的索引比特；其中，子列数多于用户数，所述对应关系满足每一用户占用的子列序号，仅由该用户的索引比特确定。具体可以参见上述实施例和表2的说明。
在一个实施例中，所述广播自身估计出的RIS子列序号和/或频带序号给其他用户之前，还包括：根据接收信号，使用非相干解调方法确定频带序号，并根据信道状态信息和波束赋形矢量码本，利用最大似然准则估计发送符号和占用的RIS子列序号，并解调符号比特；其中，所述波束赋形矢量码本，为信号发射端发送。具体见上述实施例。
图6展示了本发明的IM-RIS-MU-MIMO系统和传统RIS-MU-MIMO系统的误码性能，只考虑RIS子列序号域的索引调制。当用户间无信息交互时，本发明的IM-RIS-MU-MIMO系统配备K＝4个RIS子列，服务M＝3个用户，每个子列共有20个阵元，用户配备4根接收天线。发送端采用8-PSK调制，采用表2进行索引调制，因此每个用户的索引比特为1比特，从而用户频谱效率为4bit/s/Hz。选用传统RIS-MU-MIMO系统作为对比，采用固定子列服务固定用户，16-QAM用于调制以达到与所提方法相同的频谱效率。从仿真结果中可以看出，所提IM-RIS-MU-MIMO在误码率等于10-2时相对传统算法能够获得超过10dB性能增益，两者均由于用户间干扰产生误码平台。在后续工作中，如采用性能更优的方法生成模拟波束赋形矢量码本，用户间干扰将被减小，从而所提方法将获得更好的误码性能。此外，考察了当用户信息交互时的情况，考虑所提系统服务4个用户，频谱效率为2bit/s/Hz，由于用户间干扰，以及索引信息多用户联合解调可能会出现非法的子列分配结果(比如不同用户检测到占用了同一子列)，系统性能受限，但能够在信噪比等于16dB时误码率8×10-3。
下面对本发明提供的可重构智能表面多用户MIMO系统的调制解调装置进行描述，下文描述的可重构智能表面多用户MIMO系统的调制解调装置与上文描述的可重构智能表面多用户MIMO系统的调制解调方法可相互对应参照。
图7是本发明提供的可重构智能表面多用户MIMO系统的调制装置的结构示意图，如图7所示，该可重构智能表面多用户MIMO系统的调制装置包括：分配模块701和发送模块702。其中，分配模块701用于按照预设的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系，根据待发送的索引比特信息，确定当前用户子列和/或频带的分配结果；发送模块702用于按所述分配结果，进行数据符号传输；其中，RIS阵列被等分为多个子列，和/或使用频带被分为若干不重叠的子带；在一个符号周期内，每个用户仅占用一个子列和/或频带，每个子列和频带最多服务一个用户；不同符号周期内，用户所占用的RIS子列和/或频带序号由待发送的索引比特确定；接收端和发送端具有相同的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系。
本发明还提供一种可重构智能表面多用户MIMO系统的解调装置，用于接收端。该解调装置包括：收发模块，用于若接收信号的用户终端之间能够互相通信，则接收其他所有用户的子列序号和/或频带序号估计结果，并广播自身估计出的RIS子列序号和/或频带序号给其他用户；解析模块，用于根据预设的索引比特信息与不同用户占用子列序号和/或频带序号的对应关系，解码出索引比特；其中，RIS阵列被等分为多个子列，和/或使用频带被分为若干不重叠的子带；在一个符号周期内，每个用户仅占用一个子列和/或频带，每个子列和频带最多服务一个用户；不同符号周期内，用户所占用的RIS子列和/或频带序号由待发送的索引比特确定；接收端和发送端具有相同的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系。
本发明实施例提供的装置实施例是为了实现上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述方法实施例，此处不再赘述。
本发明实施例提供的可重构智能表面多用户MIMO系统的调制解调装置，通过发射端根据索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系，进行子列的信号发射，从而不同用户占用子列或频带的分配方式，对应不同的索引比特信息，即无需能量消耗进行额外索引比特的传输，由于索引比特信息传输无需额外耗能，因此能够提升系统频谱效率和能量效率。
图8是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图8所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)801、通信接口(Communications Interface)802、存储器(memory)803和通信总线804，其中，处理器801，通信接口802，存储器803通过通信总线804完成相互间的通信。处理器801可以调用存储器803中的逻辑指令，以执行可重构智能表面多用户MIMO系统的调制解调方法，该方法包括：按照预设的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系，根据待发送的索引比特信息，确定当前用户子列和/或频带的分配结果；按所述分配结果，进行数据符号传输；其中，RIS阵列被等分为多个子列，和/或使用频带被分为若干不重叠的子带；在一个符号周期内，每个用户仅占用一个子列和/或频带，每个子列和频带最多服务一个用户；不同符号周期内，用户所占用的RIS子列和/或频带序号由待发送的索引比特确定；接收端和发送端具有相同的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系。
此外，上述的存储器803中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的可重构智能表面多用户MIMO系统的调制解调方法，该方法包括：按照预设的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系，根据待发送的索引比特信息，确定当前用户子列和/或频带的分配结果；按所述分配结果，进行数据符号传输；其中，RIS阵列被等分为多个子列，和/或使用频带被分为若干不重叠的子带；在一个符号周期内，每个用户仅占用一个子列和/或频带，每个子列和频带最多服务一个用户；不同符号周期内，用户所占用的RIS子列和/或频带序号由待发送的索引比特确定；接收端和发送端具有相同的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的可重构智能表面多用户MIMO系统的调制解调方法，该方法包括：按照预设的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系，根据待发送的索引比特信息，确定当前用户子列和/或频带的分配结果；按所述分配结果，进行数据符号传输；其中，RIS阵列被等分为多个子列，和/或使用频带被分为若干不重叠的子带；在一个符号周期内，每个用户仅占用一个子列和/或频带，每个子列和频带最多服务一个用户；不同符号周期内，用户所占用的RIS子列和/或频带序号由待发送的索引比特确定；接收端和发送端具有相同的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种可重构智能表面多用户MIMO系统的调制方法，其特征在于，包括：
按照预设的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系，根据待发送的索引比特信息，确定当前用户子列和/或频带的分配结果；
按所述分配结果，进行数据符号传输；
其中，RIS阵列被等分为多个子列，和/或使用频带被分为若干不重叠的子带；在一个符号周期内，每个用户仅占用一个子列和/或频带，每个子列和频带最多服务一个用户；不同符号周期内，用户所占用的RIS子列和/或频带序号由待发送的索引比特确定；接收端和发送端具有相同的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系。
2.根据权利要求1所述的可重构智能表面多用户MIMO系统的调制方法，其特征在于：
若接收信号的终端之间能够互相通信，则所述对应关系为：
根据不同用户占用子列和/或频带序号的排列方式，对应不同索引比特信息；
若接收信号的终端之间无法通信，则所述对应关系为：
每一用户占用不同的子列和/或频带序号，直接确定该用户对应的索引比特；其中，子列数和频带数多于用户数，任意两个用户的索引比特对应方式不完全相同。
3.根据权利要求1所述的可重构智能表面多用户MIMO系统的调制方法，其特征在于，按所述分配结果，进行数据符号传输之前，还包括：
基于信漏比最大化准则，根据信道估计所得下行信道信息，分别确定子列波束对准不同用户时的模拟波束赋形矢量，并存入本地码本中，并发送给每个服务用户；
相应地，按子列和/或频带分配结果，进行数据符号传输，包括：
按照每一子列选择码本中不同波束赋形矢量切换所服务用户。
4.一种可重构智能表面多用户MIMO系统的解调方法，其特征在于，包括：
若接收信号的用户终端之间能够互相通信，则接收其他所有用户的子列序号和/或频带序号估计结果，并广播自身估计出的RIS子列序号和/或频带序号给其他用户；
根据预设的索引比特信息与不同用户占用子列序号和/或频带序号的对应关系，解码出索引比特；
其中，RIS阵列被等分为多个子列，和/或使用频带被分为若干不重叠的子带；在一个符号周期内，每个用户仅占用一个子列和/或频带，每个子列和频带最多服务一个用户；不同符号周期内，用户所占用的RIS子列和/或频带序号由待发送的索引比特确定；接收端和发送端具有相同的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系。
5.根据权利要求4所述的可重构智能表面多用户MIMO系统的调制解调方法，其特征在于，若接收信号的终端之间无法通信，则：
根据接收信号的子列解析结果，以及根据索引比特信息与不同用户占用子列的对应关系，查找当前符号周期的索引比特；
其中，子列数多于用户数，所述对应关系满足每一用户占用的子列序号，仅由该用户的索引比特确定。
6.根据权利要求4所述的可重构智能表面多用户MIMO系统的调制解调方法，其特征在于，所述广播自身估计出的RIS子列序号和/或频带序号给其他用户之前，还包括：
根据接收信号，使用非相干解调方法确定频带序号，并根据信道状态信息和波束赋形矢量码本，利用最大似然准则估计发送符号和占用的RIS子列序号，并解调符号比特；
其中，所述波束赋形矢量码本，为信号发射端发送。
7.一种可重构智能表面多用户MIMO系统的调制装置，其特征在于，包括：
分配模块，用于按照预设的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系，根据待发送的索引比特信息，确定当前用户子列和/或频带的分配结果；
发送模块，用于按所述分配结果，进行数据符号传输；
其中，RIS阵列被等分为多个子列，和/或使用频带被分为若干不重叠的子带；在一个符号周期内，每个用户仅占用一个子列和/或频带，每个子列和频带最多服务一个用户；不同符号周期内，用户所占用的RIS子列和/或频带序号由待发送的索引比特确定；接收端和发送端具有相同的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系。
8.一种可重构智能表面多用户MIMO系统的解调装置，其特征在于，包括：
收发模块，用于若接收信号的用户终端之间能够互相通信，则接收其他所有用户的子列序号和/或频带序号估计结果，并广播自身估计出的RIS子列序号和/或频带序号给其他用户；
解析模块，用于根据预设的索引比特信息与不同用户占用子列序号和/或频带序号的对应关系，解码出索引比特；
其中，RIS阵列被等分为多个子列，和/或使用频带被分为若干不重叠的子带；在一个符号周期内，每个用户仅占用一个子列和/或频带，每个子列和频带最多服务一个用户；不同符号周期内，用户所占用的RIS子列和/或频带序号由待发送的索引比特确定；接收端和发送端具有相同的索引比特信息与不同用户占用子列和/或频带序号的对应关系。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述可重构智能表面多用户MIMO系统的调制或解调方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述可重构智能表面多用户MIMO系统的调制或解调方法的步骤。
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