一种智能反射面反射系数与偏置电压关系的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种智能反射面反射系数与偏置电压关系的测量方法，该方法测量了智能反射面不同偏置电压的反射系数与参考电压对应的反射系数的关系。基于信道相干时间内信道恒定的特性，在信道相干时间内，控制器先将智能反射面的偏置电压恒定设置为参考电压，然后恒定设置为偏置电压范围内的任意待测电压值。发送端发送恒包络信号，接收端接收智能反射面反射后的信号，对接收信号进行处理得到待测偏置电压对应的反射系数与参考偏置电压对应的反射系数的比值。为了减少噪声对测量结果的影响，在测量过程中对接收信号多个样值取均值。本发明专利技术提供了低复杂度、低成本的智能反射面的反射系数与偏置电压关系的测量方法。反射系数与偏置电压关系的测量方法。反射系数与偏置电压关系的测量方法。

【技术实现步骤摘要】
一种智能反射面反射系数与偏置电压关系的测量方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种智能反射面反射系数与偏置电压对应关系的测量方法。

技术介绍

[0002]移动通信业务对高速率通信的需求，促进了第5代移动通信(5G)技术诞生与应用，5G通信系统逐渐成为新一代信息基础设施的重要组成部分。在5G通信系统大规模部署的同时，也面临着成本和功耗增加等新问题。这些问题的解决，亟需采用新的技术手段。
[0003]智能反射表面(IRS,Intelligent Reflecting Surface)，或可重构智能表面(RIS,Reconfigurable Intelligent Surface)，为上述问题的解决提供了一种可行的技术途径。IRS是一种由大量低成本无源单元组成的超表面，能够通过改变电磁波的传播环境来提高通信系统的传输性能。在传统无线通信中，通信质量受到传播环境即信道的影响，而信道是无法受收发端主动控制和改变的。IRS通过独立调节每个单元的反射系数，多个反射单元协同作用，能够较大程度上改变信道的传播环境，从而达到主动调控信道的作用。
[0004]为了最大程度地发挥IRS的作用，提高部署IRS通信系统的性能，需要对IRS大量单元的反射系数进行合理的设置。目前典型的IRS每个单元由变容二极管构成并分别连接主控制器，主控制器通过调节变容二极管的偏置电压，改变单元阻抗从而调节对信号的反射系数。因此，在通信系统中部署IRS之前，需要提前建立好IRS单元的偏置电压与反射系数的对应关系。
[0005]现有的反射系数与偏置电压关系测量方案主要分为两种：一种方案是通过软件仿真来得到偏置电压与反射系数的关系图。而在实际中，由于制版工艺的误差以及电子元器件实际值与标称值的偏差，软件仿真得到的结果可能与实际反射系数与偏置电压的关系有较大偏差；另一种方案是在微波暗室中进行测量，测量中需要使用专业且昂贵的设备，因此成本较高。在实际使用中，如何低成本、简易快速地测量IRS反射相位与偏置电压的关系是目前需要解决的重要问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于提供一种智能反射面反射系数与偏置电压关系的测量方法,以解决如何低成本、简易快速地测量IRS反射相位与偏置电压的关系的技术问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术的具体技术方案如下：
[0008]一种智能反射面反射系数与偏置电压关系的测量方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1、将一个发射天线和N
R
个接收天线分别对准具有M个单元的智能反射面，N
R
≥1；发送端持续发射频率为f
c
的载波信号x(t)＝Acos2πf
c
t，t为信号持续时间，A为载波信号幅度；接收端控制智能反射面的偏置电压，并进行接收信号的采样；在同一时刻所有单元的偏置电压配置为相同电压值；
[0010]步骤2、智能反射面的偏置电压范围为[v0，v
M
]，其中v0是偏置电压最小值，v
M
是偏
置电压最大值；将偏置电压v0定义为参考电压，其对应的反射系数α0定义为参考反射系数，测量并计算任意电压v
i
∈[v0，v
M
]对应的反射系数α
i
与α0的比值；
[0011]步骤3、重复步骤2并将步骤2中智能反射面的偏置电压恒定设置成[v0，v
M
]中不同的电压值，得到不同偏置电压对应的反射系数与α0的关系。
[0012]进一步的，步骤2中测量并计算任意电压v
i
∈[v0，v
M
]对应的反射系数α
i
与α0的比值具体包括以下步骤：
[0013]步骤2.1、信道相干时间为T，将其划分为T0和T1两个时间段，其中满足T0+T1＝T；在信道相干时间T内，智能反射面第m个单元到发送端天线的等效低通信道记为t
m
，智能反射面第m个单元到接收端第r个天线的等效低通信道记为在T0期间智能反射面的偏置电压恒定设置为v0，对N
R
个接收天线接收的信号进行载波解调和等间隔采样，采样点数记为N0，N0≥1；采样值表示为
[0014][0015]其中为T0期间接收端对第r个天线端口接收的信号进行解调并采样后的第k个采样值，为T0期间第r个射频通道加性白高斯噪声过程的第k个采样值；取接收信号样本值的均值作为实际接收信号表示为
[0016][0017]步骤2.2、在T1期间内，智能反射面的偏置电压恒定设置为v1，v1对应的反射系数为α1；对N
R
个接收天线接收的信号进行解调后采样，采样点数记为N1，N1≥1，采样值表示为
[0018][0019]其中为T1期间接收端对第r个天线端口接收的信号进行解调并采样后的第k个采样值，为T1期间第r个射频通道加性白高斯噪声过程的第k个采样值；取接收信号N1个样本值的均值作为第r个天线实际接收信号表示为
[0020][0021]步骤2.3、反射系数关系建立为：
[0022][0023]上式为v0和v1对应的反射系数的α0和α1的关系。
[0024]进一步的，遍历载波信号频率f
c
，重复步骤1到步骤3，得到不同信号频率f
c
对应的反射系数与偏置电压的关系。
[0025]本专利技术的一种智能反射面反射系数与偏置电压关系的测量方法，具有以下优点：
[0026](1)本专利技术提出了一种智能反射面反射系数与偏置电压关系的测量方法，与现有的测量方法相比，对测试环境要求不高，不需要微波暗室等专业的测量环境以及波导模拟器等专业设备，降低了测量系统的成本。
[0027](2)本专利技术所提测试方法中，在同一时刻，智能反射面所有单元偏置电压相同，测试所用的电压控制电路设计更为简单，而且单元数量的增加不会提高测量复杂度，因而该测量方案对于不同单元数量的智能反射面具有普适性。
附图说明
[0028]图1为本专利技术的智能反射面反射系数测量系统示意图；
[0029]图2为本专利技术的信道相干时间内智能反射面偏置电压设置图；
[0030]图3为实施例一、二测量结果与理论结果对比图；
[0031]图中标记说明：1、发送端；2、接收端；3、控制器；4、智能发射面；5、发射单元；6、接收天线。
具体实施方式
[0032]为了更好地了解本专利技术的目的、结构及功能，下面结合附图，对本专利技术一种智能反射面反射系数与偏置电压关系的测量方法做进一步详细的描述。
[0033]在实施例一中，如图1所示，测量智能反射面反射系数的测量系统中，包含了配置一个喇叭天线的发送端1、一个配置N
R
个喇叭天线的接收端2、一块M个单元智能反射面4。其中N
R
＝3，M＝16。根据智能反射面发射单元5中的变容二极管最高反向工作电压，智能反射面4的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能反射面反射系数与偏置电压关系的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将一个发射天线和N
R
个接收天线分别对准具有M个单元的智能反射面，N
R
≥1；发送端持续发射频率为f
c
的载波信号x(t)＝Acos2πf
c
t，t为信号持续时间，A为载波信号幅度；接收端控制智能反射面的偏置电压，并进行接收信号的采样；在同一时刻所有单元的偏置电压配置为相同电压值；步骤2、智能反射面的偏置电压范围为[v0，v
M
]，其中v0是偏置电压最小值，v
M
是偏置电压最大值；将偏置电压v0定义为参考电压，其对应的反射系数α0定义为参考反射系数，测量并计算任意电压v
i
∈[v0，v
M
]对应的反射系数α
i
与α0的比值；步骤3、重复步骤2并将步骤2中智能反射面的偏置电压恒定设置成[v0，v
M
]中不同的电压值，得到不同偏置电压对应的反射系数与α0的关系。2.根据权利要求1所述的智能反射面反射系数与偏置电压关系的测量方法，其特征在于，所述步骤2中测量并计算任意电压v
i
∈[v0，v
M
]对应的反射系数α
i
与α0的比值具体包括以下步骤：步骤2.1、信道相干时间为T，将其划分为T0和T1两个时间段，其中满足T0+T1＝T；在信道相干时间T内，...

【专利技术属性】
技术研发人员：党建，朱宏伟，张在琛，吴亮，朱秉诚，汪磊，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：