一种IRS辅助的无线通信系统的优化方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种IRS辅助的无线通信系统的优化方法及装置，包括：在IRS的预设位置处选取第一预设数量的反射单元集合RUS；确定第一预设数量的RUS中各个RUS对应的信道时延，基于各个RUS对应的信道时延估计无线AP与UE之间经过各RUS的反射路径长度距离，基于各RUS对应的反射路径长度采用三角定位法确定UE的初始估计位置；在IRS上重新选取以距离UE的初始估计位置最近和最远的RUS为参考的第二预设数量的RUS，并重新估计UE的位置，得到优化后的UE估计位置；距离UE的初始估计位置最近和最远的RUS对应的信道差异最大，使得优化后的UE估计位置精度更高；基于优化后的UE位置通信。本发明专利技术可以精确估计UE的位置，优化AP与UE之间的通信。

【技术实现步骤摘要】
一种IRS辅助的无线通信系统的优化方法及装置
本专利技术涉及5G无线通信
，更具体地，涉及一种IRS辅助的无线通信系统的优化方法及装置。
技术介绍
在5G无线通信领域，由于高频信号的传输(如毫米波或太赫兹波)容易受障碍物阻挡，导致无线通信效果不佳。为了解决这个问题，有一种思路：通过一种特殊制造的低成本、无源的、可反射的、可重构的智能表面(Metasurface/LIS/LargeIntelligentSurface/Reconfigurablereflectarrays/Intelligentwalls/Software-controlledmetasurfaces/IntelligentReflectingSurface/IRS，下文均用IRS表述)，特别是当无线接入点AP(AcessPoint)与用户设备UE(UserEquipement)不能直接通信时，可以通过AP-IRS-UE信道进行通信，如图1所示。其中IRS部分如图2所示。图2所示的矩形均匀分布的结构只是IRS的一种常见结构，IRS的结构、反射单元的分布和个数、单元间距等参数可以自定义。根据AP，IRS和UE的位置信息，通过计算得到合适的反射系数矩阵θ，IRS通过控制器设定反射单元的反射系数矩阵，使得AP发出的信号经过IRS的反射，可以被UE接收到，从而实现了AP与UE间的通信。具体地，得到UE的位置是实现AP-IRS-UE通信的前提。一种方法是在IRS上预设若干个固定的反射单元集合RUS(ReflectingUnitSet)，激活预设RUS内的子单元，对UE的位置进行估计计算。得到UE的估计位置后，计算得到反射单元的反射系数矩阵。再激活所有反射子单元，实现AP-IRS-UE的通信。现有技术中，RUS的位置、大小以及个数是固定的，不能自适应变化。当UE的位置不断变化时，RUS对UE的位置估计误差较大，导致反射系数矩阵不是最适合矩阵，AP与UE间通信效果不够理想。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于解决现有技术中当UE的位置不断变化时，RUS对UE的位置估计误差较大，导致反射系数矩阵不是最适合矩阵，AP与UE间通信效果不够理想的技术问题。为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供一种IRS辅助的无线通信系统的优化方法，所述IRS用于实现无线接入点AP与用户设备UE之间的反射信道，实现无线AP和UE的有效通信，包括以下步骤：在IRS的预设位置处选取第一预设数量的反射单元集合RUS；每个反射单元集合包括M个反射单元，所述IRS包括N个反射单元，各个反射单元集合被激活后可以反射射向其的电磁信号；1≤M<N，M和N均为整数；确定所述第一预设数量的RUS中各个RUS对应的信道时延，基于各个RUS对应的信道时延估计无线AP与UE之间经过各RUS的反射路径长度，基于各RUS对应的反射路径长度采用三角定位法确定UE的初始估计位置；在IRS上重新选取以距离所述UE的初始估计位置最近和最远的RUS为参考的第二预设数量的RUS，并基于所述第二预设数量的RUS重新估计UE的位置，得到优化后的UE估计位置；距离所述UE的初始估计位置最近和最远的RUS对应信道的信道差异最大，使得对应的优化后的UE估计位置精度更高；基于优化后的UE位置实现无线AP与UE之间的通信。在一个可能的实施例中，在IRS上重新选取以距离所述UE的初始估计位置最近和最远的RUS为参考的第二预设数量的RUS，并基于所述第二预设数量的RUS重新估计UE的位置，得到优化后的UE估计位置，具体包括如下步骤：确定所述IRS上到所述UE初始估计位置距离最近的第一RUS和到所述UE初始估计位置距离最远的第二RUS；以所述第一RUS和第二RUS为一条对角线取矩形，确定所述矩形另一条对角线两个顶点处对应的第三RUS和第四RUS；从所述第一RUS、第二RUS、第三RUS以及第四RUS中循环选取三个RUS以三角定位法确定UE的位置，最终对循环求得的UE位置求平均值，得到优化后的UE位置。在一个可能的实施例中，确定所述第一预设数量的RUS中各个RUS对应的信道时延，基于各个RUS对应的信道时延估计无线AP与UE之间经过各RUS的反射路径长度，基于各RUS对应的反射路径长度采用三角定位法确定UE的初始估计位置，具体包括如下步骤：激活第一预设数量的RUS中每个RUS实现无线AP与UE之间的通信，确定每个RUS对应的无线AP与UE之间的信道时延；根据每个RUS对应的信道时延确定每个RUS对应的无线AP与UE之间的反射路径长度；基于每个RUS对应的无线AP与UE之间的反射路径长度确定UE的初始估计位置。其中，每个RUS对应的信道时延具体为：当RUS进行UE位置估计时建立AP-RUS-UE通信信道，每个RUS都对应有一条AP-RUS-UE信道，可以测得各个RUS对应信道的信道时延，即每个RUS对应的信道时延。每个RUS对应的无线AP与UE之间的反射路径长度具体为：每个RUS都对应有一条AP-RUS-UE信道，可以计算得到无线AP与UE之间经过各RUS的反射路径长度，即每个RUS对应的无线AP与UE之间的反射路径长度。在一个可能的实施例中，所述RUS的大小由M的数值决定；当M小于预设数值时，所得到的优化后UE位置的误差随着M的增大而减小；所述预设数值与UE和IRS之间的距离相关。在一个可能的实施例中，当一个RUS被激活时，RUS上的反射单元根据相应的反射系数矩阵反射信号。第二方面，本专利技术提供一种IRS辅助的无线通信系统的优化装置，所述IRS用于实现无线接入点AP与用户设备UE之间的反射信道，实现无线AP和UE的有效通信，包括：选取单元，用于在IRS的预设位置处选取第一预设数量的反射单元集合RUS；每个反射单元集合包括M个反射单元，所述IRS包括N个反射单元，各个反射单元集合被激活后可以反射射向其的电磁信号；1≤M<N，M和N均为整数；初始估计单元，用于确定所述第一预设数量的RUS中各个RUS对应的信道时延，基于各个RUS对应的信道时延估计无线AP与UE之间经过各RUS的反射路径长度，基于各RUS对应的反射路径长度采用三角定位法确定UE的初始估计位置；优化估计单元，用于在IRS上重新选取以距离所述UE的初始估计位置最近和最远的RUS为参考的第二预设数量的RUS，并基于所述第二预设数量的RUS重新估计UE的位置，得到优化后的UE估计位置；距离所述UE的初始估计位置最近和最远的RUS对应信道的信道差异最大，使得对应的优化后的UE估计位置精度更高；通信单元，用于基于优化后的UE位置实现无线AP与UE之间的通信。在一个可能的实施例中，所述优化估计单元，确定所述IRS上到所述UE初始估计位置距离最近的第一RUS和到所述UE初始估计位置距离最远的第二RUS；以所述第一RUS和第二RUS为一条对角线取矩形，确定所述矩形另一条对角线两个顶点处对应的第三RUS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种IRS辅助的无线通信系统的优化方法，所述IRS用于实现无线接入点AP与用户设备UE之间的反射信道，实现无线AP和UE的有效通信，其特征在于，包括以下步骤：/n在IRS的预设位置处选取第一预设数量的反射单元集合RUS；每个反射单元集合包括M个反射单元，所述IRS包括N个反射单元，各个反射单元集合被激活后可以反射射向其的电磁信号；1≤M＜N，M和N均为整数；/n确定所述第一预设数量的RUS中各个RUS对应的信道时延，基于各个RUS对应的信道时延估计无线AP与UE之间经过各RUS的反射路径长度，基于各RUS对应的反射路径长度采用三角定位法确定UE的初始估计位置；/n在IRS上重新选取以距离所述UE的初始估计位置最近和最远的RUS为参考的第二预设数量的RUS，并基于所述第二预设数量的RUS重新估计UE的位置，得到优化后的UE估计位置；距离所述UE的初始估计位置最近和最远的RUS对应信道的信道差异最大，使得对应的优化后的UE估计位置精度更高；/n基于优化后的UE位置实现无线AP与UE之间的通信。/n

【技术特征摘要】
1.一种IRS辅助的无线通信系统的优化方法，所述IRS用于实现无线接入点AP与用户设备UE之间的反射信道，实现无线AP和UE的有效通信，其特征在于，包括以下步骤：
在IRS的预设位置处选取第一预设数量的反射单元集合RUS；每个反射单元集合包括M个反射单元，所述IRS包括N个反射单元，各个反射单元集合被激活后可以反射射向其的电磁信号；1≤M＜N，M和N均为整数；
确定所述第一预设数量的RUS中各个RUS对应的信道时延，基于各个RUS对应的信道时延估计无线AP与UE之间经过各RUS的反射路径长度，基于各RUS对应的反射路径长度采用三角定位法确定UE的初始估计位置；
在IRS上重新选取以距离所述UE的初始估计位置最近和最远的RUS为参考的第二预设数量的RUS，并基于所述第二预设数量的RUS重新估计UE的位置，得到优化后的UE估计位置；距离所述UE的初始估计位置最近和最远的RUS对应信道的信道差异最大，使得对应的优化后的UE估计位置精度更高；
基于优化后的UE位置实现无线AP与UE之间的通信。


2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，在IRS上重新选取以距离所述UE的初始估计位置最近和最远的RUS为参考的第二预设数量的RUS，并基于所述第二预设数量的RUS重新估计UE的位置，得到优化后的UE估计位置，具体包括如下步骤：
确定所述IRS上到所述UE初始估计位置距离最近的第一RUS和到所述UE初始估计位置距离最远的第二RUS；
以所述第一RUS和第二RUS为一条对角线取矩形，确定所述矩形另一条对角线两个顶点处对应的第三RUS和第四RUS；
从所述第一RUS、第二RUS、第三RUS以及第四RUS中循环选取三个RUS以三角定位法确定UE的位置，最终对循环求得的UE位置求平均值，得到优化后的UE位置。


3.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，确定所述第一预设数量的RUS中各个RUS对应的信道时延，基于各个RUS对应的信道时延估计无线AP与UE之间经过各RUS的反射路径长度，基于各RUS对应的反射路径长度采用三角定位法确定UE的初始估计位置，具体包括如下步骤：
激活第一预设数量的RUS中每个RUS实现无线AP与UE之间的通信，确定每个RUS对应的无线AP与UE之间的信道时延；
根据每个RUS对应的信道时延确定每个RUS对应的无线AP与UE之间的反射路径长度；
基于每个RUS对应的无线AP与UE之间的反射路径长度确定UE的初始估计位置。


4.根据权利要求1至3任一项所述的优化方法，其特征在于，所述RUS的大小由M的数值决定；
当M小于预设数值时，所得到的优化后UE位置的误差随着M的增大而减小；所述预设数值与UE和...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹海帆，徐雄，崔耀燊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42