一种智能反射面辅助通信的信号广播方法技术

本发明专利技术公开了一种智能反射面辅助通信的信号广播方法，针对现有的智能反射面的波束方向通常只能对准一个特定位置而无法对准一块特定区域的问题，本发明专利技术在角度域选取了合适的采样点数，并根据采样点数确定天线响应矩阵，再依次计算出目标矢量的最终相位响应，最后计算出待配置的反射系数，能够达到在给定广播角度范围内让波束均匀分配的效果。本发明专利技术能够让智能反射面实现给定区域内的信号广播。智能反射面实现给定区域内的信号广播。智能反射面实现给定区域内的信号广播。

【技术实现步骤摘要】
一种智能反射面辅助通信的信号广播方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种智能反射面辅助通信的信号广播方法。

技术介绍

[0002]智能反射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 角度看，通过人为地控制每个反射单元的反射系数(相位、幅度)，可以使其对入射电磁波独 立施加可控影响；从宏观角度看，通过协同控制所有反射单元，可以进一步改变反射波束的 数量、方向、散射程度等。
[0003]将智能反射面应用到实际通信系统中时，需要配置特定的反射系数，从而形成不同的反 射波束，使信号反射至特定的方向。在这一过程中，只要已知信号在智能反射面处的到达角 及离开角，即可计算出特定反射系数。但在这种情况下，智能反射面的反射波束通常只能集 中于一个特定的方向，即在该方向上接收功率最大，在其他方向上接收功率极小。如果要利 用智能反射面来广播信号，则需要反射波束的范围更宽，且在该范围内接收功率比较均匀， 此时这种反射系数计算方法不再适用，需要其他反射方法来进行计算。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：在现有的智能反射面波束配置方法中，通常其反射波束只能集中在某个极窄 的特定方向上，而不能在一个较宽的范围内均匀分布，因此无法用于信号广播。为此，本发 明提出一种智能反射面辅助通信的信号广播方法，它首先在角度域选取合适的采样点数，并 根据采样点数确定天线响应矩阵，再依次计算出目标矢量的最终相位响应，最后计算出待配 置的反射系数，能够达到在给定广播角度范围内让波束均匀分配的效果。
[0005]技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种智能反射面辅助通信的信号广播方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0007]步骤1：用户配备单天线，基站配备多天线，智能反射面有多个反射单元，基站通过信 道估计方法估计出发射信号在智能反射面处的到达角θ
in
；
[0008]步骤2：基站根据用户需求确定智能反射面反射信号的广播角度范围，即广播角度的最 小值和最大值，
[0009]步骤3：基站选取合适的角度域采样点数目M，并根据M确定天线响应矩阵F，并根据M以 及步骤2中的广播角度范围确定目标矢量g的幅度响应；
[0010]步骤4：基站确定目标矢量g的初始相位响应；
[0011]步骤5：基站根据天线响应矩阵F及目标矢量g的幅度响应和初始相位响应计算出目标矢 量g的最终相位响应，再根据最终相位响应计算出待配置的反射系数；
[0012]步骤6：基站为智能反射面配置该反射系数。
[0013]作为优选，步骤3中，天线响应矩阵F的计算方法如下：
[0014][0015]其中F(m,:)表示矩阵的第m行，α1(m)表示第m个采样角度对应的阵列响应矢量，α2(θ
in
) 表示θ
in
对应的阵列响应矢量，.*代表矢量的点乘。
[0016]作为优选，步骤3中，目标矢量g的幅度响应设置如下：
[0017][0018]|g
m
|代表g中第m个元素的幅度值，代表向下取整符号，代表向上取整符号，P代 表过渡带内的采样点数，i代表过渡带的采样点到广播角度边界采样点的点数距离。当第m个 采样点的角度处于广播角度范围时，幅度值设置为1，当该角度处于过渡带角度范围时，幅 度值设置为否则设置为0。
[0019]作为优选，步骤4中，目标矢量g的初始相位响应设置如下：
[0020][0021]代表g中第m个元素的初始相位值，j代表复数符号，代表斜率，通常取值为2， 即k＝2*M。
[0022]作为优选，步骤5中，最终相位响应的计算方式为：
[0023][0024]∠g
m
代表g中第m个元素的最终相位值，W代表[0,2π]内的角度集，g
m
(w)代表第m个元 素中以w为角度对应的目标矢量，F
‑1代表天线响应矩阵F的伪逆矩阵。
[0025]作为优选，步骤5中，待配置的反射系数的计算方式为：
[0026][0027]g代表最终相位响应对应的目标矢量，max|F
‑1g|代表矢量F
‑1g中元素的最大幅度值。
[0028]本专利技术相比现有技术，具有以下有益效果：
[0029]本专利技术通过在角度域选取合适的采样点数，依次计算出天线响应矩阵和目标矢量的相位 响应，最后计算出反射系数，智能反射面通过配置该反射系数即可实现在给定反射角度范围 内的均匀信号广播。
附图说明
[0030]图1为实施例一中不同方法的信号广播效果与理想广播效果的对比图；
[0031]图2为实施例二中不同方法的信号广播效果与理想广播效果的对比图；
[0032]图3为实施例一中不同方法的实际信号广播效果对比图；
[0033]图4为实施例二中不同方法的实际信号广播效果对比图。
[0034]具体实施方式
[0035]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。
[0036]一种智能反射面辅助通信的信号广播方法，它首先在角度域选取合适的采样点数，并根 据采样点数确定天线响应矩阵，再依次计算出目标矢量的最终相位响应，最后计算出待配置 的反射系数，能够达到在给定广播角度范围内让波束均匀分配的效果。其包括如下步骤：
[0037]步骤1：用户配备单天线，基站配备多天线，智能反射面有多个反射单元，基站通过信 道估计方法估计出发射信号在智能反射面处的到达角θ
in
。本实例中设置基站天线数为16，智 能反射面有N＝128个反射单元，智能反射面处信号到达角为即150
°
。
[0038]步骤2：基站根据用户需求确定智能反射面反射信号的广播角度范围，即广播角度的最 小值和最大值，本实例中设置即50
°
，即100
°
。
[0039]步骤3：基站选取合适的角度域采样点数目M，并根据M确定天线响应矩阵F，并根据M以 及步骤2中的广播角度范围确定目标矢量g的幅度响应。本实例中选取角度域采样点数目为 M＝2*N＝256，为θ
in
对应 的阵列响应矢量，为第m 个采样角度对应的阵列响应矢量，Δ
IRS
是对波长归一化后的智能反射面天线单元的距离。天 线响应矩阵F的计算公式为：F(m,:)表示矩阵的第m行，.*代表 矢量的点乘。
[0040]本实例中选取过渡带内的采样点数为P＝20，则目标矢量g的幅度响应设置为：
[0041][0042]步骤4：基站确定目标矢量g的初始相位响应。本实例中，目标矢量h的初始相位响应为：
[0043][0044]代表g中第m个元素的初始相位值，j代表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能反射面辅助通信的信号广播方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：基站配备多天线，智能反射面有多个反射单元，基站通过角度估计方法估计出基站发射信号在智能反射面处的到达角θ
in
；步骤2：基站根据用户需求确定智能反射面反射信号的广播角度范围，即广播角度的最小值和最大值和最大值步骤3：基站选取合适的角度域采样点数目M，并根据M确定天线响应矩阵F，并根据M以及步骤2中的广播角度范围确定广播波束矢量g的幅度响应|g|；g是以广播角度为参数的函数，当时，|g|接近于1，否则|g|接近于0，以达到广播效果；步骤4：基站确定广播波束矢量g的初始相位响应；步骤5：基站根据天线响应矩阵F及广播波束矢量g的幅度响应和初始相位响应计算出g的最终相位响应，再根据g的最终相位响应计算出待配置的智能反射面的反射系数；步骤6：基站为智能反射面配置该反射系数。2.根据权利要求1所述智能反射面辅助通信的信号广播方法，其特征在于：步骤3中，天线响应矩阵F的计算方法如下：其中F(m,:)表示矩阵的第m行，α1(m)表示第m个采样角度对应的阵列响应矢量，α2(θ
in
)表示θ
in
对应的阵列响应矢量，.*代表矢量的点乘。3.根据权利要求1所述智能反射面辅助通信的信号广播方法，其特征在于：步骤3中，广播波束矢量g的幅度响应设置如下：|g
m
|代表g中第...

【专利技术属性】
技术研发人员：党建，李业伟，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：