基于电磁波传播模型的RIS仿真方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术属于无线通信技术领域，其目的在于提供一种基于电磁波传播模型的RIS仿真方法、系统、设备及介质。其中的方法包括：接收馈源天线位置信息、RIS位置信息和RIS的阵列单元个数；基于电磁波传播模型，根据馈源天线位置信息和RIS的阵列单元个数得到RIS的馈源信号参数矩阵；构建反射信号参数模型，并根据RIS的馈源信号参数矩阵和反射信号参数模型得到RIS中各阵列单元的反射信号参数；将RIS中各阵列单元的反射信号参数进行叠加，得到RIS的反射信号参数。本发明专利技术利用电磁波传播模型计算空间中的反射信号参数，进而可便于得到测量空间中的反射信号参数信息，计算精度更高。计算精度更高。计算精度更高。

【技术实现步骤摘要】
基于电磁波传播模型的RIS仿真方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种基于电磁波传播模型的RIS仿真方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]智能反射面(Reconfigurable Intelligent Surface，RIS)作为一种无源天线设备成为6G技术中最为重要的一种基础设备，可以通过在平面上集成大量低成本的无源反射元件，智能地重新配置无线传播环境，从而显著提高无线通信网络的性能。
[0003]具体而言，RIS通过控制并调整入射信号的幅度和相位来控制出射信号，从而实现定向信号增强效果，进而实现精细的三维(3D)无源波束形成，以应用于成像、探测、信号覆盖等多种任务上。现有的RIS仿真建模通常基于传统的信道建模和信道估计实现，并通过大量测量和反馈建立相应的信道估计模型。
[0004]但是，在使用现有技术过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：
[0005]现有技术只能对方向角进行建模和仿真，且在实践过程中，传统的信号传播仿真和RIS的估计需要假设RIS放置在天线的远场位置，忽略了电磁信号传播到不同阵列单元的强度和相位变化，将每个阵列单元都视为等价单元，使得信道矩阵的构建和估计很难和真实环境一一对应，同时信道估计的准确度和实际环境偏差过大，最终计算得到的电磁信号精度较低。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于电磁波传播模型的RIS仿真方法、系统、设备及介质。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，提供了一种基于电磁波传播模型的RIS仿真方法，包括：
[0009]接收馈源天线位置信息、RIS位置信息和RIS的阵列单元个数；
[0010]基于电磁波传播模型，根据馈源天线位置信息和RIS的阵列单元个数得到RIS的馈源信号参数矩阵；
[0011]构建反射信号参数模型，并根据RIS的馈源信号参数矩阵和反射信号参数模型得到RIS中各阵列单元的反射信号参数；
[0012]将RIS中各阵列单元的反射信号参数进行叠加，得到RIS的反射信号参数。
[0013]本专利技术利用电磁波传播模型计算空间中的反射信号参数，进而可便于得到测量空间中的反射信号参数信息，计算精度更高。具体地，本专利技术基于电磁波传播模型进行RIS信号的建模估计，在近场、远场均可行，弥补了传统建模方法中信道估计的缺陷，可以直接对应于空间传播的RIS仿真模型，实用性更高，较传统通信的信道模型，本专利技术具有更直观、可用的优点；同时，本专利技术提出的模型仿真精度更高，本专利技术直接根据电磁波传播模型进行计算，将每一个阵列单元的信号参数都考虑在内，最终对每个阵列单元进行叠加，因此，这样
计算得到的电磁信号精度更高；最后，本专利技术通过计算各阵列单元的反射信号参数，可以便于直接得到测量空间中任意位置的磁场状态，极大地方便了RIS的部署和相应RIS码本的优化估计，进而可为实际环境下部署和应用RIS提供典型意义指导方案。
[0014]在一个可能的设计中，基于电磁波传播模型，根据馈源天线位置信息和RIS的阵列单元个数到RIS的馈源信号参数矩阵，包括：
[0015]根据RIS的阵列单元个数，构建以RIS的中心点为第一坐标原点的第一空间直角坐标系；
[0016]在所述第一空间直角坐标系中，基于电磁波传播模型构建馈源信号参数模型，并根据馈源信号参数模型、馈源天线位置信息和RIS位置信息得到RIS中第i个阵列单元的馈源信号参数；
[0017]根据RIS中各阵列单元的馈源信号参数，得到RIS的馈源信号参数矩阵。
[0018]在一个可能的设计中，所述馈源信号参数模型为：
[0019][0020]式中，A
i
为馈源天线在第i个阵列单元的信号强度；A为馈源天线发射的信号强度；d为馈源天线到第i个阵列单元的距离；q为馈源天线的方向性图或波瓣宽度；θ为馈源天线辐射方向的方向角；为馈源天线在第i个阵列单元的相位，其中k为电磁波的波数，为第i个阵列单元在第一空间直角坐标系的方向向量，为馈源天线的辐射向量。
[0021]在一个可能的设计中，构建反射信号参数模型，并根据RIS的馈源信号参数矩阵和反射信号参数模型得到RIS中各阵列单元的反射信号参数，包括：
[0022]建立以RIS的任一阵列单元为中心为第二坐标原点的第二空间直角坐标系；
[0023]在所述第二空间直角坐标系中，基于相位变换构建得到反射信号参数模型；
[0024]将所述RIS的馈源信号参数矩阵代入反射信号参数模型中，得到RIS中各阵列单元的反射信号参数。
[0025]在一个可能的设计中，RIS中第m行第n列的阵列单元对应的反射信号参数模型为：
[0026][0027]式中，θ为RIS反射信号的Z轴方向角；为RIS反射信号的Y轴方向角；M为RIS中横向布置的阵列单元的数量；N为RIS中纵向布置的阵列单元的数量；A
mn
为馈源天线到当前阵列单元的信号强度；α
mn
为馈源天线到当前阵列单元的相位；θ
mn
为馈源天线到当前阵列单元的Z轴方向角；为馈源天线到当前阵列单元的Y轴方向角；Φ为馈源天线发射信号经过当前阵列单元后相位的变化角度；k0为电磁波的波数；为当前阵列单元在第二空间直角坐标系的方向向量；为当前阵列单元的出射向量。
[0028]在一个可能的设计中，所述RIS的反射信号参数包括RIS的反射信号强度；其中，RIS的反射信号强度为：
[0029][0030]式中，i∈{1,2,......M},j∈{1,2,......N}，M
×
N为RIS的阵列单元个数；E
ij
为
RIS中第i行第j列的阵列单元的反射信号强度；φ
ij
为RIS中第i行第j列的阵列单元的反射信号相位。
[0031]在一个可能的设计中，得到RIS的反射信号参数后，所述方法还包括：
[0032]将RIS的反射信号参数进行可视化。
[0033]第二方面，提供了一种基于电磁波传播模型的RIS仿真系统，用于实现如上述任一项所述的基于电磁波传播模型的RIS仿真方法；所述基于电磁波传播模型的RIS仿真系统包括：
[0034]基础参数接收模块，用于接收馈源天线位置信息、RIS位置信息和RIS的阵列单元个数；
[0035]馈源信号参数矩阵计算模块，与所述基础参数接收模块通信连接，用于基于电磁波传播模型，根据馈源天线位置信息和RIS的阵列单元个数得到RIS的馈源信号参数矩阵；
[0036]反射信号参数计算模块，与所述馈源信号参数矩阵计算模块通信连接，用于构建反射信号参数模型，并根据RIS的馈源信号参数矩阵和反射信号参数模型得到RIS中各阵列单元的反射信号参数；还用于将RIS中各阵列单元的反射信号参数进行叠加，得到RIS的反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁波传播模型的RIS仿真方法，其特征在于：包括：接收馈源天线位置信息、RIS位置信息和RIS的阵列单元个数；基于电磁波传播模型，根据馈源天线位置信息和RIS的阵列单元个数得到RIS的馈源信号参数矩阵；构建反射信号参数模型，并根据RIS的馈源信号参数矩阵和反射信号参数模型得到RIS中各阵列单元的反射信号参数；将RIS中各阵列单元的反射信号参数进行叠加，得到RIS的反射信号参数。2.根据权利要求1所述的一种基于电磁波传播模型的RIS仿真方法，其特征在于：基于电磁波传播模型，根据馈源天线位置信息和RIS的阵列单元个数到RIS的馈源信号参数矩阵，包括：根据RIS的阵列单元个数，构建以RIS的中心点为第一坐标原点的第一空间直角坐标系；在所述第一空间直角坐标系中，基于电磁波传播模型构建馈源信号参数模型，并根据馈源信号参数模型、馈源天线位置信息和RIS位置信息得到RIS中第i个阵列单元的馈源信号参数；根据RIS中各阵列单元的馈源信号参数，得到RIS的馈源信号参数矩阵。3.根据权利要求2所述的一种基于电磁波传播模型的RIS仿真方法，其特征在于：所述馈源信号参数模型为：式中，A
i
为馈源天线在第i个阵列单元的信号强度；A为馈源天线发射的信号强度；d为馈源天线到第i个阵列单元的距离；q为馈源天线的方向性图或波瓣宽度；θ为馈源天线辐射方向的方向角；为馈源天线在第i个阵列单元的相位，其中k为电磁波的波数，为第i个阵列单元在第一空间直角坐标系的方向向量，为馈源天线的辐射向量。4.根据权利要求1所述的一种基于电磁波传播模型的RIS仿真方法，其特征在于：构建反射信号参数模型，并根据RIS的馈源信号参数矩阵和反射信号参数模型得到RIS中各阵列单元的反射信号参数，包括：建立以RIS的任一阵列单元为中心为第二坐标原点的第二空间直角坐标系；在所述第二空间直角坐标系中，基于相位变换构建得到反射信号参数模型；将所述RIS的馈源信号参数矩阵代入反射信号参数模型中，得到RIS中各阵列单元的反射信号参数。5.根据权利要求4所述的一种基于电磁波传播模型的RIS仿真方法，其特征在于：RIS中第m行第n列的阵列单元对应的反射信号参数模型为：式中，θ为RIS反射信号的Z轴方向角；为RIS反射信号的Y轴方向角；M为RIS中横向布置的阵列单元的数量；N为RIS中纵向布置的阵列单元的数量；A
mn

【专利技术属性】
技术研发人员：邱才明，冯湛搏，张佳楠，王福海，董学辉，朱椿，
申请(专利权)人：华工未来科技江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：