基于智能反射面的定位信息辅助波束控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于智能反射面的定位信息辅助波束控制方法，其中智能反射面可以根据基站发送的波束方向信息计算并调节智能反射面的参数，使波束指向服务的用户终端；能够高效地对智能反射面进行参数配置，实现精确的波束控制，此外基站不需要知道完全的信道状态信息，基站根据相应角度估计和飞行时间估计的结果，实现对用户终端的精确定位，在定位信息的辅助下，可以实现波束的精确控制，还可以有效减小波束控制的开销，提高系统的能量利用率；且上述基于智能反射面的定位信息辅助波束控制方法应用范围广泛，既适用于毫米波通信，也适用于太赫兹通信以及自由空间光通信。

Auxiliary beam control method based on location information of intelligent reflector

【技术实现步骤摘要】
基于智能反射面的定位信息辅助波束控制方法
本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种基于智能反射面的定位信息辅助波束控制方法。
技术介绍
增强移动宽带、海量机器类通信、超高可靠低时延通信是5G移动通信的三大典型应用场景。5G移动通信与大数据、人工智能、云计算等新技术融合，催生了新的应用和新的商业模式。我国的三大运营商已开始部署5G移动通信基站，5G移动通信逐步商用。在未来5到10年中，5G移动通信将会发挥非常重要的作用。空、天、地、海泛在移动通信网将会是后5G移动通信、以及6G移动通信发展的必然趋势，随之而产生的新业务将会对传输速率、能量效率等提出新的要求。毫米波通信已经被列为5G通信高频段的关键技术之一。与射频通信相比，毫米波通信工作频段比较高，传播距离较短，容易受到物体的阻挡。为了提高毫米波以及更高频段通信的覆盖范围，就需要通过中继或者其他手段。为了提高能量效率，要求中继配置大规模天线。一般情况下，每根天线将配置一个射频通道，这就使得中继的成本以及能耗大大提高。为了增强毫米波以及更高频段通信的覆盖范围，智能反射面技术得到了很大的关注。智能反射面是由变容二极管构成的电磁材料，可以通过调节参数控制入射到智能反射面上信号的反射方向，并且可以起到波束成形的效果。智能反射面不对入射信号进行数字信号处理，仅调节入射信号的相位(对应于延时)，从而控制反射信号的出射方向以及能量汇聚的效果。因此，智能反射面具有成本低、能耗低等优点。在下行传输过程中，为了实现对发射信号出射方向的精准控制，智能反射面的控制器需要根据用户终端的信道状态信息去控制出射信号的波束指向，实现能量的精准投递。但是，智能反射面不具有数字信号的处理能力，不能从用户终端的导频信号中获取用户终端的信道状态信息。而基站估计得到的信道状态信息是一个从用户终端到智能反射面，再由智能反射面到基站的级联信道状态信息。如何实现智能反射面与用户终端间精确的波束控制是目前智能反射面所面临的挑战。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提出一种基于智能反射面的定位信息辅助波束控制方法。为实现本专利技术的目的，提供一种基于智能反射面的定位信息辅助波束控制方法，包括如下步骤：步骤1，智能反射面向基站上报智能反射面的反射面地理位置以及智能反射面的反射面姿态信息；步骤2，基站设置局部坐标系，根据本地的基站位置、反射面地理位置和反射面姿态信息，分别计算基站与智能反射面之间物理距离以及波束方向信息，将波束方向信息中的离开角告知智能反射面；所述波束方向信息包括信号离开智能反射面时相对于智能反射面的离开角，以及到达基站时相对于基站天线所在平面的第一到达角；步骤3，智能反射面根据收到的离开角，设置智能反射面参数，使智能反射面到基站的第一波束方向与离开角重合；步骤4，基站根据第一到达角设计基站到智能反射面的第二波束方向，使得第二波束方向与第一到达角重合，并向用户终端下发上行导频信号发送指令；步骤5，用户终端收到基站的上行导频信号发送指令后，向基站发送上行导频信号；步骤6，基站收到用户终端发来的上行导频信号后，进行信号处理，联合估计到达角和飞行时间，得到第二到达角和第一飞行时间；步骤7，基站将第一到达角、第二到达角和第一飞行时间进行匹配，得到经过各个智能反射面的信号的第二飞行时间；步骤8，基站根据经过各个智能反射面的第二飞行时间，以及电磁波的传播速度，计算信号从用户终端经过各个智能反射面到达基站的总传播距离，将总传播距离减去智能反射面到基站之间的第一距离得到用户终端与智能反射面之间的第二距离；步骤9，基站根据多个智能反射面与用户终端之间的第二距离，确定用户终端的位置；步骤10，基站根据用户终端的位置、反射面地理位置和反射面姿态信息，在局部坐标系中计算智能反射面到用户终端的波束方向；步骤11，基站将智能反射面的波束方向信息发送给智能反射面；步骤12，智能反射面根据基站发送的波束方向信息计算并调节智能反射面的参数，使波束指向服务的用户终端。在一个实施例中，所述基站为用户终端提供通信服务，所述智能反射面为信号的传播提供传输路径，所述智能反射面包括反射面和控制器。在一个实施例中，基站将第一到达角、第二到达角和第一飞行时间进行匹配，得到经过各个智能反射面的信号的第二飞行时间包括：根据差值最小准则，将第一到达角、第二到达角和第一飞行时间进行匹配，确定用户终端发射的信号经过每个智能反射面后到达基站的第二飞行时间。在一个实施例中，基站根据多个智能反射面与用户终端之间的第二距离，确定用户终端的位置包括：基站根据多个智能反射面与用户终端之间的第二距离，采用三边定位原理，确定用户终端的位置。在一个实施例中，确定用户终端的位置包括：根据直达路径的第二到达角以及第二飞行时间确定用户终端的位置；当基站与用户之间不存在直达路径，根据2个及以上个数的智能反射面对用户终端进行二维定位，根据3个及以上个数的智能反射面对用户终端进行三维定位。上述基于智能反射面的定位信息辅助波束控制方法中，智能反射面向基站上报智能反射面的反射面地理位置以及智能反射面的反射面姿态信息；基站设置局部坐标系，根据本地的基站位置、反射面地理位置和反射面姿态信息，分别计算基站与智能反射面之间物理距离以及波束方向信息，将波束方向信息中的离开角告知智能反射面，智能反射面根据收到的离开角，设置智能反射面参数，使智能反射面到基站的第一波束方向与离开角重合；使基站根据第一到达角设计基站到智能反射面的第二波束方向，使得第二波束方向与第一到达角重合，并向用户终端下发上行导频信号发送指令，用户终端收到基站的上行导频信号发送指令后，向基站发送上行导频信号，基站收到用户终端发来的上行导频信号后，进行信号处理，联合估计到达角和飞行时间，得到第二到达角和第一飞行时间，将第一到达角、第二到达角和第一飞行时间进行匹配，得到经过各个智能反射面的信号的第二飞行时间，根据经过各个智能反射面的第二飞行时间，以及电磁波的传播速度，计算信号从用户终端经过各个智能反射面到达基站的总传播距离，将总传播距离减去智能反射面到基站之间的第一距离得到用户终端与智能反射面之间的第二距离，并根据多个智能反射面与用户终端之间的第二距离，确定用户终端的位置，根据用户终端的位置、反射面地理位置和反射面姿态信息，在局部坐标系中计算智能反射面到用户终端的波束方向，将智能反射面的波束方向信息发送给智能反射面；使智能反射面根据基站发送的波束方向信息计算并调节智能反射面的参数，使波束指向服务的用户终端；能够高效地对智能反射面进行参数配置，实现精确的波束控制，此外基站不需要知道完全的信道状态信息，基站根据相应角度估计和飞行时间估计的结果，实现对用户终端的精确定位，在定位信息的辅助下，可以实现波束的精确控制，还可以有效减小波束控制的开销，提高系统的能量利用率；且上述基于智能反射面的定位信息辅助波束控制方法应用范围广泛，既适用于毫米波通信，也适用于太赫兹通信以及自由空间光通信。...

【技术保护点】
1.一种基于智能反射面的定位信息辅助波束控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，智能反射面向基站上报智能反射面的反射面地理位置以及智能反射面的反射面姿态信息；/n步骤2，基站设置局部坐标系，根据本地的基站位置、反射面地理位置和反射面姿态信息，分别计算基站与智能反射面之间物理距离以及波束方向信息，将波束方向信息中的离开角告知智能反射面；所述波束方向信息包括信号离开智能反射面时相对于智能反射面的离开角，以及到达基站时相对于基站天线所在平面的第一到达角；/n步骤3，智能反射面根据收到的离开角，设置智能反射面参数，使智能反射面到基站的第一波束方向与离开角重合；/n步骤4，基站根据第一到达角设计基站到智能反射面的第二波束方向，使得第二波束方向与第一到达角重合，并向用户终端下发上行导频信号发送指令；/n步骤5，用户终端收到基站的上行导频信号发送指令后，向基站发送上行导频信号；/n步骤6，基站收到用户终端发来的上行导频信号后，进行信号处理，联合估计到达角和飞行时间，得到第二到达角和第一飞行时间；/n步骤7，基站将第一到达角、第二到达角和第一飞行时间进行匹配，得到经过各个智能反射面的信号的第二飞行时间；/n步骤8，基站根据经过各个智能反射面的第二飞行时间，以及电磁波的传播速度，计算信号从用户终端经过各个智能反射面到达基站的总传播距离，将总传播距离减去智能反射面到基站之间的第一距离得到用户终端与智能反射面之间的第二距离；/n步骤9，基站根据多个智能反射面与用户终端之间的第二距离，确定用户终端的位置；/n步骤10，基站根据用户终端的位置、反射面地理位置和反射面姿态信息，在局部坐标系中计算智能反射面到用户终端的波束方向；/n步骤11，基站将智能反射面的波束方向信息发送给智能反射面；/n步骤12，智能反射面根据基站发送的波束方向信息计算并调节智能反射面的参数，使波束指向服务的用户终端。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于智能反射面的定位信息辅助波束控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，智能反射面向基站上报智能反射面的反射面地理位置以及智能反射面的反射面姿态信息；
步骤2，基站设置局部坐标系，根据本地的基站位置、反射面地理位置和反射面姿态信息，分别计算基站与智能反射面之间物理距离以及波束方向信息，将波束方向信息中的离开角告知智能反射面；所述波束方向信息包括信号离开智能反射面时相对于智能反射面的离开角，以及到达基站时相对于基站天线所在平面的第一到达角；
步骤3，智能反射面根据收到的离开角，设置智能反射面参数，使智能反射面到基站的第一波束方向与离开角重合；
步骤4，基站根据第一到达角设计基站到智能反射面的第二波束方向，使得第二波束方向与第一到达角重合，并向用户终端下发上行导频信号发送指令；
步骤5，用户终端收到基站的上行导频信号发送指令后，向基站发送上行导频信号；
步骤6，基站收到用户终端发来的上行导频信号后，进行信号处理，联合估计到达角和飞行时间，得到第二到达角和第一飞行时间；
步骤7，基站将第一到达角、第二到达角和第一飞行时间进行匹配，得到经过各个智能反射面的信号的第二飞行时间；
步骤8，基站根据经过各个智能反射面的第二飞行时间，以及电磁波的传播速度，计算信号从用户终端经过各个智能反射面到达基站的总传播距离，将总传播距离减去智能反射面到基站之间的第一距离得到用户终端与智能反射面之间的第二距离；
步骤9，基站根据多个智能反射面与用户终端之间的第二距离，确定用户终端的位置；
步骤10，基站根据用户终端的位置、反射面地理...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴亮，袁华晨，张在琛，党建，李弈文，龚子轶，刘鹏，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32