智能反射表面辅助的MIMO通信系统波束赋形算法探究

“这篇论文主要探讨了基于智能反射表面（IRS）辅助的多输入多输出（MIMO）通信系统的波束赋形算法，旨在提高无线通信的频谱和能量效率，降低部署成本，并增强通信安全性。作者为张瑜，由蒋卫恒副研究员指导，属于重庆大学信息与通信工程学科的硕士研究生学位论文，完成于2021年6月。” 在5G技术逐渐成熟并迈向商业应用的背景下，全球科研机构和ICT企业开始聚焦于后5G（B5G）和6G技术的研究。为了应对5G存在的挑战并满足B5G/6G的高要求，新的技术手段至关重要，特别是那些能够在不显著增加网络部署成本的情况下提高无线通信效率的技术。智能反射表面（IRS）作为一种新兴的无线通信技术，因其低成本、轻薄、低损耗、低复杂度和易部署的特性，被认为是实现这一目标的有效途径，也是B5G/6G的关键技术之一。 IRS能够智能地调控入射电磁波的相位和方向，这为优化无线信号传输提供了新的可能性。论文着重研究了IRS在MIMO通信系统中的应用，特别是在提升无线物理层安全性和认知无线电系统中的联合波束赋形问题。波束赋形是MIMO通信系统中关键的技术，通过控制天线阵列的发射和接收波束来改善信号质量，增强通信的可靠性与安全性。 首先，论文关注的是IRS辅助的MIMO无线物理层安全通信的联合波束赋形问题。在保证通信安全性的前提下，如何设计有效的波束赋形策略以最大化系统的通信性能是一个挑战。其次，它还研究了IRS在基于MIMO的认知无线电系统中的作用，认知无线电是一种允许非授权用户在不干扰授权用户的条件下利用空闲频谱资源的技术，IRS的引入可以进一步优化频谱效率和干扰管理。 论文的具体贡献可能包括提出新的波束赋形算法，这些算法可能结合了信道状态信息（CSI）估计、优化理论和机器学习等方法，以实现对IRS的反射相位的动态调整，以达到最佳的通信效果。通过仿真和实际场景验证，这些算法可能会展示出在提高系统性能、增强安全性以及降低能耗方面的优越性。 这篇论文对于理解IRS在MIMO通信系统中的潜力以及开发更高效、安全的无线通信解决方案具有重要的理论和实践价值。它为未来B5G/6G网络的设计提供了新的思路和工具，有助于推动无线通信技术的持续发展。