基于索引调制的可重构智能表面辅助通信系统信号检测算法研究

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索引调制(Index Modulation,IM)技术利用通信系统中某些资源的激活状态传送附加信息位,希望在不增加硬件成本的情况下提高系统频谱效率。可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)作为一个由大量低成本无源反射元件组成的超表面,可在不增加发送信号功率的同时对无线传播环境进行智能重塑。将IM技术与RIS技术进行融合,通过控制RIS反射单元或子块开关状态来实现IM,形成基于IM的RIS辅助通信系统。该系统有望在改善无线传播环境的同时,使未来无线通信系统的频谱效率得到更高提升。但目前针对该系统的研究主要集中在波束赋形方面,而对于接收端信号检测算法研究较少,因此本论文重点对基于IM的RIS辅助系统信号检测算法进行研究,论文的主要工作如下:1.基于IM的RIS辅助单输入多输出(Single Input Multiple Output,SIMO)通信系统信号检测算法针对基于IM的RIS辅助SIMO通信系统,设计一种RIS子块划分方案,以实现IM,进而提出一种基于变分贝叶斯推断(Variational Bayes Inference,VBI)的信号检测算法。首先,在该系统中,RIS单元被划分为若干子块,利用RIS子块的激活状态传递附加信息。然后,利用VBI给出激活RIS子块对应的相移矢量近似后验分布的对数零梯度值,并结合正交匹配追踪算法(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)恢复出索引信息比特。最后,利用VBI给出待检测信号的近似后验分布对数零梯度值,进而恢复出发送信号。同时,从理论上推导了该系统平均速率。仿真结果表明,与传统RIS辅助的SIMO通信系统相比,所提系统具有更高的系统平均速率;并且与现有算法相比,所提算法具有更低的误比特率。2.基于IM的RIS辅助多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)通信系统信号检测算法针对基于IM的RIS辅助MIMO通信系统,利用发送端天线与RIS单元激活状态实现联合IM,为此设计了一种可变激活天线与调制符号联合映射方案,并为该系统提出一种基于排序的可靠球形译码检测算法。首先,在该系统中,将发送天线与调制符号联合映射为发送信号矢量,同时将RIS索引比特映射为RIS状态矢量。然后,利用排序准则对发送信号矢量组合与RIS状态矢量组合进行排序。最后利用球形译码(Sphere Decoding,SD)算法对两个排序后的组合进行搜索,同时进行可靠性条件判断,若满足该条件则立即停止搜索,最终恢复发送信息比特。仿真结果表明,与广义空间调制(Generalised Spatial Modulation,GSM)系统相比,所提方案具有更高的系统频谱效率,并且与最大似然(Maximum Likelihood,ML)检测和SD算法相比,所提检测算法可在计算复杂度相对较低的情况下,取得较好的检测性能。
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