面向 RIS 辅助毫米波 MIMO 认知无线电系统的联合混合收发器与反射矩阵设计
摘要
本文研究了一种受限于低覆盖模式的仿射智能表面（RIS）辅助的毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）认知无线电（CR）下行系统。该系统中，认知基站（CBS）与多个 secondary 用户（SU）通信，而每个 secondary 用户都拥有多个射频链（RF chain），且存在一个 primary 用户（PU）。我们构思了一种联合的混合收发器设计方案，包括传输前导码（TPC）、接收合成器（RC）以及 RIS 反射矩阵（RM），以最大化 secondary 系统的总谱率效率（sum spectral efficiency, SE），同时确保在 PU 处产生的干扰功率（interference power, IP）保持在指定阈值以下。为此，我们构建了考虑总发射功率（total transmit power, TP）、干扰功率以及 RF 前导码、RF 合成器与反射矩阵中非凸单位模约束（unit modulus constraints）的总 SE 最大化问题。为解决该高度非凸问题，我们提出了一种基于块坐标下降（block coordinate descent, BCD）与 successive Riemannian conjugate gradient（successive Riemannian conjugate gradient, SRCG）算法的两阶段混合收发器设计方案。首先，我们将 RF 前导码、合成器与反射矩阵的优化问题分解为一系列子问题，随后依次设计 RF 前导码与合成器的向量对，并利用迭代式的 BCD-SRCG 算法依次优化反射矩阵的元素。此外，基于有效基带（baseband, BB）信道，分别采用提出的直接奇异值分解（direct singular value decomposition, D-SVD）与投影型奇异值分解（projection based SVD, P-SVD）方法来设计基带前导码与基带合成器。随后，提出比例水准填充（proportional water-filling）方案用于功率优化，以最大化系统的加权总 SE。最后，提供仿真结果，对比本文提出的方案与多个基准方法，并量化其他参数对系统总 SE 的影响。
引用
@article{arxiv.2406.08797,
title = {Joint Hybrid Transceiver and Reflection Matrix Design for RIS-Aided mmWave MIMO Cognitive Radio Systems},
author = {Jitendra Singh and Suraj Srivastava and Surya P. Yadav and Aditya K. Jagannatham and Lajos Hanzo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.08797},
year = {2024}
}