秩亏信道下有源 IRS 辅助多用户 MIMO 无线通信的自由度分析与波束赋形设计
信号处理
2025-08-04 v3
摘要
由于智能反射面 (IRS) 能够显著提高数据速率，它有望成为未来新一代无线通信（如 6G）的关键技术。本文聚焦于 IRS 辅助多用户 MIMO 网络中自由度 (DoF) 的分析。首先，推导了 IRS 辅助单用户 MIMO 网络的 DoF 上界，即此类系统可达的最大 DoF，并通过矩阵秩不等式将相应结果推广到 IRS 辅助多用户 MIMO 情形。特别地，在严重的秩亏信道（即低秩信道）如视距 (LoS) 信道中，借助 IRS，网络 DoF 可较无 IRS 时翻倍。为验证增广 DoF 带来的速率性能提升，提出了三种闭式波束赋形方法：零空间投影加最大发射功率与最大接收功率 (NSP-MTP-MRP)、Schmidt 正交化加最小均方误差 (SO-MMSE) 以及双层泄漏加 MMSE (TLL-MMSE)，以实现最大 DoF。仿真结果表明 IRS 确实能带来显著的速率提升。例如，在严重秩亏信道中，IRS 辅助的 TLL-MMSE 方案的和速率约为无 IRS 时的两倍。这意味着 IRS 在此类信道中可实现显著的 DoF 改善。
引用
@article{arxiv.2411.07001,
title = {DoF Analysis and Beamforming Design for Active IRS-aided Multi-user MIMO Wireless Communication in Rank-deficient Channels},
author = {Jinbing Jiang and Feng Shu and Xuehui Wang and Ke Yang and Chong Shen and Qi Zhang and Dongming Wang and Jiangzhou Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.07001},
year = {2025}
}
备注
12 pages, 9 figures