CN116260501B - Ris及其辅助ofdm通信系统的预编码方法和装置 - Google Patents

Ris及其辅助ofdm通信系统的预编码方法和装置 Download PDF

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CN116260501B CN202310539494.XA CN202310539494A CN116260501B CN 116260501 B CN116260501 B CN 116260501B CN 202310539494 A CN202310539494 A CN 202310539494A CN 116260501 B CN116260501 B CN 116260501B
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Abstract

本发明提供一种RIS以及RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法和装置，每个RIS单元包括多个调控组件，一个调控组件用于调控OFDM通信系统的一个子载波分组的子载波相位和幅度，克服了宽带场景中现有有源RIS不能同时匹配所有子载波而导致性能损失的问题。RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法和装置，构建RIS辅助OFDM通信系统的信道；基于信道，以基站和RIS的预编码矩阵为变量构建最大化RIS辅助OFDM通信系统的和速率的优化问题；求解优化问题，得到最优的基站预编码矩阵和RIS预编码矩阵。本发明有效提高RIS在宽带场景中对不同频点子载波信道的调控能力，提升RIS辅助OFDM通信系统的数据传输速率。

Description

RIS及其辅助OFDM通信系统的预编码方法和装置
技术领域
本发明涉及无线移动通信技术领域，尤其涉及一种RIS以及RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法和装置。
背景技术
近年来，新兴的智能超表面（Reconfigurable Intelligent Surface, RIS）技术引起了无线通信界的广泛兴趣，正确的配置无源RIS元件的相移，来自基站的信号可以被灵活反射到各方向。由于无源RIS阵列增益高、成本低和功耗低，有望提高无线网络的容量和能效。尽管具备这些优势，但由于“乘性衰落”效应，无源RIS在具有强直接链接的场景中很难取得明显的收益，并且需要大量的RIS单元来补偿这种损失。为了解决这个问题，有源RIS的概念被提出，与仅被动反射信号的无源RIS不同，有源RIS通过额外集成反射型功率放大器来主动放大反射信号。
目前，尽管有源RIS已经在许多应用中得到研究，但现有工作基本只关注单载波调制的窄带场景。在多载波调制的宽带场景，由于宽带信道的频率选择性，有源RIS不能很好地同时匹配所有子载波，从而降低了频谱效率。
因此，如何补偿有源RIS在宽带场景中的性能损失是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种RIS以及RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法和装置，以克服在宽带场景中现有有源RIS不能很好地同时匹配所有子载波而导致性能损失的问题。
第一方面，本发明提供一种RIS，所述RIS由众多以阵列方式排布的RIS单元组成；
所述RIS单元包括多个由相移电路和反射式放大电路组成的调控组件；
其中，一个所述调控组件用于调控OFDM通信系统的一个子载波分组中子载波的相位和幅度；
所述OFDM通信系统的子载波分组，是对所述OFDM通信系统中所有子载波按中心频点从小到大的顺序进行排列，并基于排列序列将所有子载波进行均匀分组得到的。
第二方面，本发明提供一种RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法，所述方法包括：
构建所述RIS辅助OFDM通信系统的信道；
基于所述信道，以基站预编码矩阵和RIS预编码矩阵为变量对所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率进行建模；
以所述和速率最大为目标，以基站发射功率和RIS反射功率不超过各自最大允许阈值为约束，构建优化函数；
对所述优化函数进行求解，得到最优基站预编码矩阵和最优RIS预编码矩阵。
根据本发明提供的RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法，所述信道的表达式如下所示：
Figure SMS_1
；
所述
Figure SMS_2
的表达式如下：
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；
上式中，
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根据本发明提供的RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法，所述基于所述信道，以基站预编码矩阵和RIS预编码矩阵为变量对所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率进行建模，包括：
基于所述信道，以基站预编码矩阵和RIS预编码矩阵为变量构建所述RIS辅助OFDM通信系统的数据传输模型；
基于所述数据传输模型，确定所述RIS辅助OFDM通信系统数据传输时的信干噪比；
基于所述信干噪比，构建所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率模型。
根据本发明提供的RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法，所述RIS辅助OFDM通信系统的数据传输模型的表达式如下所示：
Figure SMS_12
；
所述RIS辅助OFDM通信系统数据传输时的信干噪比的表达式如下所示：
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；
所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率模型
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的表达式如下所示：
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；
其中，
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根据本发明提供的RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法，所述等价函数的表达式为：
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第三方面，本发明一种RIS辅助OFDM通信系统的预编码装置，所述装置包括：
构建模块，用于构建所述RIS辅助OFDM通信系统的信道；
RIS辅助OFDM通信系统和速度建模模块，用于基于所述信道，以基站预编码矩阵和RIS预编码矩阵为变量对所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率进行建模；
优化函数构建模块，用于以所述和速率最大为目标，以基站发射功率和RIS反射功率不超过各自最大允许阈值为约束，构建优化函数；
优化求解模块，用于对所述优化函数进行求解，得到最优基站预编码矩阵和最优RIS预编码矩阵。第四方面，本发明提供一种电子设备，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，所述处理器执行所述程序时实现如第二方面所述RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法。
第五方面，本发明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，所述计算机程序被处理器执行时实现如第二方面所述RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法。
本发明提供一种RIS，所述RIS由众多以阵列方式排布的RIS单元组成；所述RIS单元包括多个由相移电路和反射式放大电路组成的调控组件；其中，一个所述调控组件用于调控OFDM通信系统的一个子载波分组中子载波的相位和幅度；所述OFDM通信系统的子载波分组，是对所述OFDM通信系统中所有子载波按中心频点从小到大的顺序进行排列，并基于排列序列将所有子载波进行均匀分组得到的。该RIS能在宽带场景中对所有子载波的相位和幅度进行调控。
本发明提供一种RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法和装置，包括：构建所述RIS辅助OFDM通信系统的信道；基于所述信道，以基站预编码矩阵和RIS预编码矩阵为变量对所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率进行建模；以所述和速率最大为目标，以基站发射功率和RIS反射功率不超过各自最大允许阈值为约束，构建优化函数；对所述优化函数进行求解，得到最优基站预编码矩阵和最优RIS预编码矩阵。本发明有效提高RIS在宽带场景中对不同频点子载波信道的调控能力，提升RIS辅助OFDM通信系统的数据传输速率增益。
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是本发明提供的现有有源RIS和本发明有源RIS之间的对比示意图；
图2是本发明提供的一种RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法的流程示意图；
图3是本发明提供的不同RIS下OFDM通信系统和速率相对于迭代次数的曲线图；
图4是本发明提供的不同RIS下OFDM通信系统总发射功率相对于迭代次数的曲线图；
图5是本发明提供的一种RIS辅助OFDM通信系统的预编码装置的结构示意图；
图6是本发明提供的电子设备的结构示意图；
附图标记：
610：处理器；620：通信接口:630：存储器；640：通信总线。
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。
下面结合图1-图6描述本发明的RIS以及RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法和装置。
第一方面，在多载波调制的宽带场景，由于宽带信道的频率选择性，有源RIS不能很好地同时匹配所有子载波，从而降低了频谱效率。为了提高频谱效率，一个思路是使RIS能够独立调整多个子载波上的反射系数，即宽带波束赋形。为了实现这一目标，有学者提出在每个RIS元件中集成多个工作在不同频率下的相移电路，通过这种方式，无源RIS能够使用多个独立的波束形成器来独立地重新配置多个子载波上的相移。但是，由于有源RIS的功率放大器不能针对不同的频率进行独立调整，因此该方法不适用于有源RIS，故而如何补偿宽带场景下有源RIS的性能损失仍然是一个未解决的问题。
鉴于此，本发明提供一种RIS，所述RIS由众多以阵列方式排布的RIS单元组成；
所述RIS单元包括多个由相移电路和反射式放大电路组成的调控组件；
其中，一个所述调控组件用于调控OFDM通信系统的一个子载波分组中子载波的相位和幅度；
所述OFDM通信系统的子载波分组，是对所述OFDM通信系统中所有子载波按中心频点从小到大的顺序进行排列，并基于排列序列将所有子载波进行均匀分组得到的。
本发明RIS是面向OFDM通信系统（正交频分复用通信系统）设计的，主要设计步骤包括：
步骤A1：根据中心频点的大小对OFDM系统中所有子载波进行排序；
步骤A2：基于排序序列，将所有子载波均匀划分为若干分组，每个分组内的子载波数量相同，频率相近；
步骤A3：设计与每一个子载波分组匹配的调控组件；与每一个子载波分组匹配的调控组件，其内的相移电路和反射式放大电路的工作频率与每一个子载波分组相适应，能够对每一个子载波分组内的子载波进行相位和幅度调控；
步骤A4：基于与每一个子载波分组匹配的调控组件构造RIS。
图1为现有有源RIS和本发明有源RIS之间的对比示意图，如图1所示，本发明实则提供一种宽带有源RIS，宽带有源RIS的RIS单元中集成了多个以不同频率工作的调控组件，解决现有窄带有源RIS面对宽带通信系统中频率选择性信道时的性能损失问题；同时，这些调控组件的工作频率相距很远，带宽有限，多个调控组件可以独立地协同工作，避免不同子载波分组预编码之间的互耦。
通过本发明有源RIS结构，可以很明确的知道本发明有源RIS的频域预编码矩阵各对角分块为每个子载波分组的预编码矩阵，同一子载波分组中的子载波采用相同的预编码。
此外，由于OFDM通信系统子载波的数量通常很大，为了在性能和硬件开销之间取得折衷，分组数通常远小于子载波数量。这样，每个RIS单元只需要集成少量的放大和移相电路，在保证性能的同时降低了成本。特别地，表示每个子载波的信号可以独立调控，即最大控制自由度。意味着所有子载波共享相同的预编码矩阵，因此宽带架构退化为现有有源RIS的传统架构。
本发明提供的RIS，能在宽带场景中对所有子载波的相位和幅度进行调控，避免现有有源应对宽带场景频率选择性信道而出现的性能损失。
第二方面，本发明提供一种RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法，如图2所示，所述方法包括：
S11、构建所述RIS辅助OFDM通信系统的信道；
S12、基于所述信道，以基站预编码矩阵和RIS预编码矩阵为变量对所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率进行建模；
S13、以所述和速率最大为目标，以基站发射功率和RIS反射功率不超过各自最大允许阈值为约束，构建优化函数；
S14、对所述优化函数进行求解，得到最优基站预编码矩阵和最优RIS预编码矩阵。
本发明推导RIS辅助OFDM通信系统的信道，并在根据信道提出和速率优化问题，以对基站预编码矩阵和RIS预编码矩阵进行最优求解，本发明所提出的预编码方法，能有效提高RIS在宽带场景中对不同频点子载波信道的调控能力，补偿传统现有有源在宽带场景中的损失，提升RIS辅助OFDM通信系统的数据传输速率增益。
具体的，所述信道的表达式如下所示：
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；
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S12.1：基于所述信道，以基站预编码矩阵和RIS预编码矩阵为变量构建所述RIS辅助OFDM通信系统的数据传输模型；
S12.2：基于所述数据传输模型，确定所述RIS辅助OFDM通信系统数据传输时的信干噪比；
S123：基于所述信干噪比，构建所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率模型。
RIS辅助OFDM通信系统的时域发射信号由下式给出：
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；
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RIS辅助OFDM通信系统的和速率模型
Figure SMS_174
的表达式如下所示：
Figure SMS_175
；
其中，
Figure SMS_178
和/>
Figure SMS_180
分别为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波在第j个用户上的发射符号和基站预编码，/>
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为Frobenius范数。
具体的，所述S13中，优化函数的具体表达为：
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；
其中，
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为基站发射功率最大允许阈值，/>
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为RIS反射功率最大允许阈值。
具体的，所述S14包括：
S14.1：构造包含第一变量
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和第二变量的/>
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，以生成所述/>
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优化是否收敛，若是则输出/>
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进一步的，所述S14.2中，等价函数的表达式为：
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；
其中，
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为实部。
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的第一凸优化函数，优化问题可以重新表述为：
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这里，
Figure SMS_229
都是中间变量。
其中，
Figure SMS_230
，
Figure SMS_231
，
Figure SMS_232
，
Figure SMS_233
，
Figure SMS_234
。
该第一凸优化函数是一个标准的二次约束二次规划（QCQP），可以通过CVX工具求解。
所述S14.4中，固定
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；
这里，
Figure SMS_240
都是中间变量。
其中：
Figure SMS_241
；
该第二凸优化函数也可以通过CVX工具求解。
所述S14.5中，固定
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的第四凸优化函数，优化问题可以重新表述为：
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其中，
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为/>
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的优化值。
为了评估本发明所提出的预编码方法的有效性，分别对具有不同子载波组号的无源RIS、现有有源RIS和本发明有源RIS辅助OFDM系统进行仿真，考虑到硬件成本，子载波的组号取为L=1、2、4，并且L=K=64作为参考上界。子载波数量和时域信道的延迟抽头设置为K=64和
Figure SMS_257
=16。RIS元件的数量、BS处的天线的数量和用户的数量分别为M＝64、/>
Figure SMS_258
＝4和P＝3。对于所有信道，在参考距离1m处的路径损耗被设置为30dB。设置κ=0.5，BS-RIS信道、RIS用户信道和BS用户信道的路径损耗指数分别设置为2.8、2.5和3.5。BS和RIS之间的距离以及RIS和用户之间的距离分别固定为dBR＝50m和dRU＝5m。基站和用户之间的距离范围服从从dBR−dRU到dBR+dRU的均匀分布。有源和静态噪声功率分别设置为/>
Figure SMS_259
=−60dBm和/>
Figure SMS_260
=−70dBm。
图3是不同RIS下OFDM通信系统和速率相对于迭代次数的曲线图，如图3所示，与在不到5次迭代内收敛的无源RIS波束形成方法相比，本发明收敛相对较慢，对于L=4的情况，该方法直到15次迭代才收敛。图4是不同RIS下OFDM通信系统总发射功率相对于迭代次数的曲线图，如图4所示，无源RIS的功率约束设置为
Figure SMS_261
=/>
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=0.01×/>
Figure SMS_266
。可以得出结论，窄带有源RIS的损耗可以达到30%以上，并且仅通过将子载波划分为L=2或4组，就可以极大地补偿损耗。
总之，本发明通过考虑频率选择性信道下本发明RIS的设计，系统可达速率可比现有有源RIS大幅提升约35%。为权衡调控自由度和硬件开销，本发明所提子载波分组架构能有效减小电路数量，且当分组数仅为2或4时，和速率增益即达到所有子载波自由调控上限增益的35%和55%以上。
第三方面，下面对本发明提供的RIS辅助OFDM通信系统的预编码装置进行描述，下文描述的RIS辅助OFDM通信系统的预编码装置与上文描述的RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法可相互对应参照。图5示例了RIS辅助OFDM通信系统的预编码装置的结构示意图，如图5所示，所述装置包括：
构建模块21，用于构建所述RIS辅助OFDM通信系统的信道；
和速度建模模块22，用于基于所述信道，以基站预编码矩阵和RIS预编码矩阵为变量对所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率进行建模；
优化函数构建模块23，用于以所述和速率最大为目标，以基站发射功率和RIS反射功率不超过各自最大允许阈值为约束，构建优化函数；
优化求解模块24，用于对所述优化函数进行求解，得到最优基站预编码矩阵和最优RIS预编码矩阵。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述信道的表达式如下所示：
Figure SMS_267
；
所述
Figure SMS_268
的表达式如下：
Figure SMS_269
；/>
上式中，
Figure SMS_271
为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波从基站到第p个用户的等效信道，/>
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为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波从基站到第p个用户的直射径信道，/>
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为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波从RIS到第p个用户的信道，/>
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为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波的RIS预编码矩阵，/>
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为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波从基站到RIS的信道，/>
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分别为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波在RIS的第m个RIS单元的放大系数和相移，/>
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为所述RIS中包含的RIS单元的数量。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述和速度建模模块，包括：
数据传输模型构建单元，用于基于所述信道，以基站预编码矩阵和RIS预编码矩阵为变量构建所述RIS辅助OFDM通信系统的数据传输模型；
信干噪比确定单元，用于基于所述数据传输模型，确定所述RIS辅助OFDM通信系统数据传输时的信干噪比；
和速率模型构建单元，用于基于所述信干噪比，构建所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率模型。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述RIS辅助OFDM通信系统的数据传输模型的表达式如下所示：
Figure SMS_278
；
所述RIS辅助OFDM通信系统数据传输时的信干噪比的表达式如下所示：
Figure SMS_279
；
所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率模型
Figure SMS_280
的表达式如下所示：
Figure SMS_281
；
其中，
Figure SMS_296
为所述RIS辅助OFDM通信系统中第p个用户接收到的第k个子载波信号，
Figure SMS_283
为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波从基站到第p个用户的等效信道，/>
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和
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分别为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波在第p个用户上的发射符号和基站预编码，/>
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为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波从RIS到第p个用户的信道，/>
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为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波的RIS预编码矩阵，/>
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为所述RIS辅助OFDM通信系统基站处的循环前缀长度，/>
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为Frobenius范数。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述RIS预编码矩阵
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；所述基站预编码矩阵/>
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，其中，
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；所述优化求解单元，包括：
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以将所述等价函数变更为第四凸优化函数，并求解所述第四凸优化函数以优化/>
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；
输出单元，用于判断所述优化是否收敛，若是则输出
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，否则第一优化单元。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述等价函数的表达式为：
Figure SMS_332
；
约束：
Figure SMS_333
；
其中，
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为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波从基站到RIS的信道，/>
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为
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为RIS反射功率最大允许阈值。
第四方面，图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(Communications Interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法，该方法包括：构建所述RIS辅助OFDM通信系统的信道；基于所述信道，以基站预编码矩阵和RIS预编码矩阵为变量对所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率进行建模；以所述和速率最大为目标，以基站发射功率和RIS反射功率不超过各自最大允许阈值为约束，构建优化函数；对所述优化函数进行求解，得到最优基站预编码矩阵和最优RIS预编码矩阵。
此外，上述的存储器630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。
第五方面，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计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法，该方法包括：构建所述RIS辅助OFDM通信系统的信道；基于所述信道，以基站预编码矩阵和RIS预编码矩阵为变量对所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率进行建模；以所述和速率最大为目标，以基站发射功率和RIS反射功率不超过各自最大允许阈值为约束，构建优化函数；对所述优化函数进行求解，得到最优基站预编码矩阵和最优RIS预编码矩阵。
第六方面，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方法提供的RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法，该方法包括：构建所述RIS辅助OFDM通信系统的信道；基于所述信道，以基站预编码矩阵和RIS预编码矩阵为变量对所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率进行建模；以所述和速率最大为目标，以基站发射功率和RIS反射功率不超过各自最大允许阈值为约束，构建优化函数；对所述优化函数进行求解，得到最优基站预编码矩阵和最优RIS预编码矩阵。
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RIS，其特征在于，所述RIS由众多以阵列方式排布的RIS单元组成；
所述RIS单元包括多个由相移电路和反射式放大电路组成的调控组件；
其中，一个所述调控组件用于调控OFDM通信系统的一个子载波分组中子载波的相位和幅度；
所述OFDM通信系统的子载波分组，是对所述OFDM通信系统中所有子载波按中心频点从小到大的顺序进行排列，并基于排列序列将所有子载波进行均匀分组得到的。
2.一种RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法，其特征在于，所述方法包括：
构建所述RIS辅助OFDM通信系统的信道；
基于所述信道，以基站预编码矩阵和RIS预编码矩阵为变量对所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率进行建模；
以所述和速率最大为目标，以基站发射功率和RIS反射功率不超过各自最大允许阈值为约束，构建优化函数；
对所述优化函数进行求解，得到最优基站预编码矩阵和最优RIS预编码矩阵。
3.根据权利要求2所述的RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法，其特征在于，所述信道的表达式如下所示：
Figure QLYQS_1
；
所述
Figure QLYQS_2
的表达式如下：
Figure QLYQS_3
；
上式中，
Figure QLYQS_5
为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波从基站到第p个用户的等效信道，/>
Figure QLYQS_8
为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波从基站到第p个用户的直射径信道，
Figure QLYQS_10
为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波从RIS到第p个用户的信道，/>
Figure QLYQS_6
为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波的RIS预编码矩阵，/>
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为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波从基站到RIS的信道，/>
Figure QLYQS_11
和/>
Figure QLYQS_12
分别为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波在RIS的第m个RIS单元的放大系数和相移，/>
Figure QLYQS_4
，/>
Figure QLYQS_7
为所述RIS中包含的RIS单元的数量。
4.根据权利要求2或3所述的RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法，其特征在于，所述基于所述信道，以基站预编码矩阵和RIS预编码矩阵为变量对所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率进行建模，包括：
基于所述信道，以基站预编码矩阵和RIS预编码矩阵为变量构建所述RIS辅助OFDM通信系统的数据传输模型；
基于所述数据传输模型，确定所述RIS辅助OFDM通信系统数据传输时的信干噪比；
基于所述信干噪比，构建所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率模型。
5.根据权利要求4所述的RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法，其特征在于，所述RIS辅助OFDM通信系统的数据传输模型的表达式如下所示：
Figure QLYQS_13
；
所述RIS辅助OFDM通信系统数据传输时的信干噪比的表达式如下所示：
Figure QLYQS_14
；
所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率模型
Figure QLYQS_15
的表达式如下所示：
Figure QLYQS_16
；
其中，
Figure QLYQS_20
为所述RIS辅助OFDM通信系统中第p个用户接收到的第k个子载波信号，/>
Figure QLYQS_24
为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波从基站到第p个用户的等效信道，/>
Figure QLYQS_31
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分别为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波在第p个用户上的发射符号和基站预编码，
Figure QLYQS_28
和/>
Figure QLYQS_32
分别为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波在第j个用户上的发射符号和基站预编码，/>
Figure QLYQS_37
为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波从RIS到第p个用户的信道，
Figure QLYQS_22
为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波的RIS预编码矩阵，/>
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为/>
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中由RIS引入的动态噪声，/>
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为/>
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中用户处引入的系统静态噪声，/>
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为/>
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的噪声功率，/>
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为/>
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的噪声功率，/>
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为所述RIS辅助OFDM通信系统基站处的循环前缀长度，/>
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，/>
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为子载波总数，/>
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，/>
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为用户总数，/>
Figure QLYQS_21
为Frobenius范数。
6.根据权利要求5所述的RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法，其特征在于，所述RIS预编码矩阵
Figure QLYQS_41
；所述基站预编码矩阵
Figure QLYQS_42
，其中，/>
Figure QLYQS_43
；
所述对所述优化函数进行求解，得到最优基站预编码矩阵和最优RIS预编码矩阵，包括：
步骤1：构造包含第一变量
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和第二变量的/>
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的辅助函数/>
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，以生成所述/>
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步骤2：基于所述等效表达式，获取所述优化函数的等价函数；
步骤3：固定
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、/>
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和/>
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以将所述等价函数变更为第一凸优化函数，并求解所述第一凸优化函数以优化/>
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；
步骤4：固定
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、/>
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和/>
Figure QLYQS_57
以将所述等价函数变更为第二凸优化函数，并求解所述第二凸优化函数以优化/>
Figure QLYQS_58
；
步骤5：固定
Figure QLYQS_59
、/>
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和/>
Figure QLYQS_61
以将所述等价函数变更为第三凸优化函数，并求解所述第三凸优化函数以优化/>
Figure QLYQS_62
；
步骤6：固定
Figure QLYQS_63
、/>
Figure QLYQS_64
和/>
Figure QLYQS_65
以将所述等价函数变更为第四凸优化函数，并求解所述第四凸优化函数以优化/>
Figure QLYQS_66
；
步骤7：判断所述
Figure QLYQS_67
优化是否收敛，若是则输出/>
Figure QLYQS_68
和/>
Figure QLYQS_69
，否则返回步骤3。
7.根据权利要求6所述的RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法，其特征在于，所述等价函数的表达式为：
Figure QLYQS_70
；
约束：
Figure QLYQS_71
；
其中，
Figure QLYQS_72
为所述RIS辅助OFDM通信系统中第k个子载波从基站到RIS的信道，/>
Figure QLYQS_73
为/>
Figure QLYQS_74
的共轭，/>
Figure QLYQS_75
为基站发射功率最大允许阈值，/>
Figure QLYQS_76
为RIS反射功率最大允许阈值。
8.一种RIS辅助OFDM通信系统的预编码装置，其特征在于，所述装置包括：
构建模块，用于构建所述RIS辅助OFDM通信系统的信道；
和速度建模模块，用于基于所述信道，以基站预编码矩阵和RIS预编码矩阵为变量对所述RIS辅助OFDM通信系统的和速率进行建模；
优化函数构建模块，用于以所述和速率最大为目标，以基站发射功率和RIS反射功率不超过各自最大允许阈值为约束，构建优化函数；
优化求解模块，用于对所述优化函数进行求解，得到最优基站预编码矩阵和最优RIS预编码矩阵。
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2至7任一项所述RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法。
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2至7任一项所述RIS辅助OFDM通信系统的预编码方法。
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CN113452642A (zh) * 2021-06-25 2021-09-28 东南大学 一种可重构智能表面增强的siso-ofdm下行传输方法
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WO2023013794A1 (ko) * 2021-08-03 2023-02-09 엘지전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 ris 기반 직교 주파수 분할 다중화 신호를 전송하기 위한 방법 및 그 장치

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