6G毫米波网络中基于RIS辅助的多用户MIMO优化混合波束成形：一种提升频谱效率并减少干扰的低复杂度方法

《IEEE Open Journal of the Communications Society》：Optimized Hybrid Beamforming for RIS-Assisted Multi-User MIMO in 6G mmWave Networks: A Low-Complexity Approach to Spectral Efficiency and Interference Mitigation

　　

摘要：

在多用户毫米波MIMO系统中，如何对混合波束成形与可重构智能表面相位偏移进行联合优化是一个极具挑战性的问题，其主要原因在于计算复杂度极高，且缺乏有效的干扰管理机制。现有的方法通常采用固定的零强迫或最大比传输设计，或者需要通过迭代优化来实现，但这会导致较高的开销，从而限制了其在密集型6G环境中的应用。为了解决这些问题，本研究提出了一种基于RIS的适应性零强迫与最大比传输混合预编码框架，用于6G毫米波多用户MIMO系统。该方法的创新之处在于采用了一种自适应的零强迫-最大比传输混合策略，能够根据实时信道条件动态平衡干扰抑制与波束成形增益。与传统混合波束成形方案不同，所提出的框架通过加权最小均方误差公式，同时对数字基带预编码器、模拟射频预编码器、RIS相位偏移以及功率分配进行联合优化。为降低计算复杂度，该框架还基于卡鲁什-库恩-塔克条件推导出了功率分配、最小均方误差接收机设计以及自适应零强迫-最大比传输混合因子的闭式解，从而实现了稳定且快速的收敛，同时避免了复杂的迭代过程。仿真结果表明，与传统的零强迫、最大比传输以及固定混合波束成形方法相比，所提出的RA-ZMHP方案能够实现更低的最小均方误差、更高的信噪比以及更快的收敛速度。此外，随着发射功率的提高以及RIS元件数量的增加，系统性能还会进一步提升，这充分证明了该框架在减少干扰和提升未来6G无线网络性能方面的有效性与实用性。