一种智能反射面辅助通信的快速数据传输协议制造技术

本发明专利技术公开了一种智能反射面辅助通信的快速数据传输协议，针对现有的智能反射面最优反射系数的调节需要获得完整信道信息从而导致导频开销巨大的问题，本发明专利技术利用接收端估计出的非完整信道信息来计算出使接收信号期望功率最大的反射系数，并在下一次导频或数据发送时配置相关反射系数，能够达到让接收端的瞬时接收功率逐步增大的效果。本发明专利技术能够让发射端尽早开始进行数据通信，减少了导频开销。

【技术实现步骤摘要】
一种智能反射面辅助通信的快速数据传输协议
本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种智能反射面辅助通信的快速数据传输协议。
技术介绍
智能反射表面是一种新型的人工电磁材料，它由大量相同结构的反射单元所构成。从微观上看，可以人为地控制每个反射单元的反射系数(相位、幅度)，使其对入射的电磁波独立施加可控影响；从宏观上看，可以协同控制所有反射单元，来改变反射波束的数量、方向、散射程度等。智能反射面的最优反射系数设置，需要以发射端-智能反射面-接收端之间的信道响应为依据进行设计，因此需要进行瞬时信道状态信息(ChannelStateInformation，CSI)的估计。在多输入单输出(MultipleInputSingleOutput，MISO)的通信环境下，发射端和智能反射面及接收端和智能反射面之间的信道可以合成一个级联信道，只要估计出该级联信道即可获得最优反射系数。假设智能反射面含有N个反射单元，则该级联信道可以采用传统的最小二乘(LeastSquare，LS)方法估计出来，但前提条件是需要为智能反射面配置K≥N次不同的反射系数，在此期间让发射端不断发送导频，接收端接收不同反射系数下的对应信号。因此，导频开销也会随着N的增大而增加，而其根本原因是在进行信道估计的过程中，不同的反射系数是随机配置的，接收端接收功率过小，故发射端只能发送导频，无法发送数据。
技术实现思路
专利技术目的：在智能反射面辅助的通信系统中，最优反射系数的配置需要完整的信道信息，而在估计信道的过程中导频开销十分巨大。为了减小导频开销，让发射端可以尽早地发送数据，则需要对信道估计过程中的反射系数进行特殊的配置。为此，本专利技术提出一种智能反射面辅助通信的快速数据传输协议，它利用接收端估计出的级联信道信息来计算出使接收信号期望功率最大的反射系数，并在下一时刻对智能反射面配置相关的反射系数，能够达到让接收端的接收功率逐步增大的效果，当接收功率增大到某一阈值时，发射端便可以开始发送数据，实现数据的快速传输。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种智能反射面辅助通信的快速数据传输协议，其特征在于，包括如下步骤：定义用户与基站之间的视距链路信道为hd，用户与智能反射面之间的信道为h2，智能反射面与基站之间的信道为H1，以上信道模型均为单径时不变信道模型，则将G＝H1*diag(h2)定义为用户、智能反射面、基站三者之间的级联信道。步骤1：用户配备单天线，基站配备多天线，基站通过传统信道估计方法估计出信道hd。在第0个符号时隙，智能反射面配置随机反射系数矢量v0，用户发送导频x0，基站侧记录对应的接收信号矢量y0；步骤2：记当前符号时隙数为n(n≥0)，用户发送导频为xn，基站首先计算出对应的接收功率Pn＝|yn|2，并将接收信号矢量yn减去视距链路信道对应的接收信号矢量，得到智能反射面对应的接收信号矢量yni。基站将从0到n时隙的所有智能反射面对应的接收信号矢量组成矩阵Yni＝[y0i,y1i,…,yni]，把对应的智能反射面配置的反射系数矢量与导频的乘积组成矩阵Vn＝[v0x0,v1x1,…,vnxn]，并根据矩阵Yni和Vn来估计级联信道步骤3：基站利用估计出的级联信道计算出能使接收信号期望功率最大的反射系数vno；步骤4：基站产生一组随机反射系数vnr，并将反射系数vno与随机反射系数vnr乘以对应的权重后进行相加，得到一组混合反射系数vn+1；步骤5：基站将前一符号时隙的接收功率Pn-1和Pn以及用户发送数据所需的最小功率Pth进行比较，如果满足条件a：Pn<Pth，则转到步骤6；如果满足条件b：Pth≤Pn-1，则直接转到步骤7；如果条件a与条件b均不满足，即满足条件c：Pn-1<Pth≤Pn，则基站通知用户可以开始发送数据，并转到步骤7；步骤6：下一个符号时隙开始，智能反射面配置混合反射系数vn+1,用户发送导频xn+1，基站侧记录对应的接收信号矢量yn+1，并转到步骤2；步骤7：基站依次序判断下列条件是否成立：(1)用户数据已经发送完毕；(2)当前符号时隙数满足n≥γN(γ≥1.5)，N代表智能反射面反射单元的个数；(3)当前符号时隙与前k个符号时隙的接收功率组成的向量的方差小于某个阈值：var(Pn-k,Pn-k+1,…,Pn)≤varth,即接收功率已经趋于稳定，var表示方差符号，varth表示阈值。上述3个条件，基站只要判断出有任何一个条件成立，则智能反射面配置步骤3中的反射系数vno并保持该配置；若都不成立，则下一个符号时隙开始，智能反射面配置混合反射系数vn+1，用户发送数据zn+1，基站侧记录对应的接收信号矢量yn+1，并进行解调，将解调出的数据当作新的导频，转到步骤2。作为优选，步骤2中，基站估计出级联信道的方法有多种，其中一种是采用MMSE信道估计。作为优选，步骤3中，vno的计算可以采用现有文献中的方法，但更为优选的方法是利用下列计算公式：∠表示只取其相位，μ，μ≥1表示更新步长，vn表示当前时隙智能反射面所配置的反射系数。当基站处只有一根天线时，计算公式为作为优选，步骤4中，令反射系数vno的权重为ω1，0.6≤ω1≤0.9，随机反射系数vnr的权重为1-ω1，则混合反射系数vn+1的表达式为：vn+1＝∠(ω1vno+(1-ω1)vnr)。作为优选，当用户与基站之间不存在视距链路信道即hd＝0时，步骤1中基站估计视距链路信道的流程省略，步骤2中视距链路信道对应的接收信号矢量为零，其余步骤保持不变。作为优选，应用场景中考虑的是上行通信场景，鉴于上下行链路之间存在互易性，故步骤7中将智能反射面的反射系数配置为vno后可直接用于下行通信场景。本专利技术相比现有技术，具有以下有益效果：本专利技术通过在不同时隙内给智能反射面配置特定的反射系数，能够达到让接收端的接收功率逐步增大的效果，当接收功率增大到某一阈值时，发射端便可以开始发送数据，实现数据的快速传输。附图说明图1为多个实例的瞬时接收功率随符号时隙变化曲线图；图2为多个实例的期望接收功率随符号时隙变化曲线图；图3为本专利技术的流程示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。一种智能反射面辅助通信的快速数据传输协议，它利用接收端估计出的级联信道信息来计算出使接收信号期望功率最大的反射系数，并在下一时刻对智能反射面配置相关的反射系数，能够达到让接收端的接收功率逐步增大的效果，当接收功率增大到某一阈值时，发射端便可以开始发送数据，实现数据的快速传输。其包括如下步骤：步骤1：基站具有M根天线，智能反射面具有N个反射单元，单个用户，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能反射面辅助通信的快速数据传输协议，其特征在于，应用场景为上行通信场景；定义用户与基站之间的视距链路信道为h

【技术特征摘要】
1.一种智能反射面辅助通信的快速数据传输协议，其特征在于，应用场景为上行通信场景；定义用户与基站之间的视距链路信道为hd，用户与智能反射面之间的信道为h2，智能反射面与基站之间的信道为H1，以上信道模型均为单径时不变信道模型，则将G＝H1*diag(h2)定义为用户、智能反射面、基站三者之间的级联信道；该传输协议包括如下步骤：
步骤1：用户配备单天线，基站配备多天线，基站通过传统信道估计方法估计出视距链路信道hd；在第0个符号时隙，智能反射面配置随机反射系数矢量v0，用户发送导频x0，基站侧记录对应的接收信号矢量y0；
步骤2：记当前符号时隙数为n，n≥0，用户发送导频为xn，基站首先计算出对应的接收功率Pn＝|yn|2，并将基站侧的接收信号矢量yn减去视距链路信道对应的接收信号矢量，得到智能反射面对应的接收信号矢量yni；基站将从0到n时隙的所有智能反射面对应的接收信号矢量组成矩阵Yni＝[y0i，y1i，...，yni]，把对应的智能反射面配置的反射系数矢量与导频的乘积组成矩阵Vn＝[v0x0，v1x1，...，vnxn]，并根据矩阵Yni和Vn来估计级联信道
步骤3：基站利用估计出的级联信道计算出能使接收信号期望功率最大的反射系数vn0；
步骤4：基站产生一组随机反射系数vnr，并将反射系数vno与随机反射系数vnr乘以对应的权重后进行相加，得到一组混合反射系数vn+1；
步骤5：基站将前一符号时隙的接收功率Pn-1和Pn以及用户发送数据所需的最小功率Pth进行比较，如果满足条件a：Pn＜Pth，则转到步骤6；如果满足条件b：Pth≤Pn-1，则直接转到步骤7；如果条件a与条件b均不满足，即满足条件c：Pn-1＜Pth≤Pn，则基站通知用户可以开始发送数据，并转到步骤7；
步骤6：下一个符号时隙开始，智能反射面配置混合反射系数vn+1，用户发送导频xn+1，基站侧记录对应的接收信号矢量yn+1，并转到步骤2；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：党建，李业伟，朱永东，郭荣斌，张在琛，吴亮，
申请(专利权)人：之江实验室，东南大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33