基于可重构折射超表面的蜂窝覆盖优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于可重构折射超表面的蜂窝覆盖优化方法，适用于配备可重构折射超表面天线的基站和一个蜂窝用户构成的通信系统，所述可重构折射超表面天线由馈源与可重构折射超表面组成，包括：获取通信系统参数；根据所述通信系统参数，设计可重构折射超表面的中心坐标与角度、以及馈源的中心坐标与角度，以最大化蜂窝覆盖；基于可重构折射超表面的中心坐标与角度、以及馈源的中心坐标与角度，对可重构折射超表面天线进行部署。本发明专利技术将优化后的基于可重构折射超表面的天线应用在蜂窝基站中，在达到和传统相控阵相同的增益同时，获取了造价更低、功耗更低的技术解决方案。功耗更低的技术解决方案。功耗更低的技术解决方案。

【技术实现步骤摘要】
基于可重构折射超表面的蜂窝覆盖优化方法


[0001]本专利技术涉及电子学领域，具体为一种基于可重构折射超表面的蜂窝覆盖优化方法。

技术介绍

[0002]大规模MIMO是未来无线通信的重要组成部分。现有的大规模MIMO系统中使用了传统相控阵天线，用于实现beamforming。但是传统相控阵具有功耗高、造价昂贵的缺点。为了解决这一问题，最近，人们提出了可重构反射超表面天线。然而，该天线存在如下缺点：由于馈源会对反射波产生一定的遮挡作用，所以天线辐射效率不高。为此，人们提出了可重构折射超表面天线。由于可重构折射超表面不存在馈源遮挡的问题，所以它的辐射效率比传统可重构反射超表面天线的高。然而现有关于可重构折射超表面天线的研究，基本都是在研究如何设计该天线从而优化和天线相关的指标，比如带宽、损耗等，而没有工作考虑将可重构折射超表面天线用于蜂窝基站中从而增加蜂窝覆盖，同时也没有工作考虑在此场景下如何优化蜂窝基站的覆盖。

技术实现思路

[0003]为克服上述问题，本专利技术提供一种基于可重构折射超表面的蜂窝覆盖优化方法，通过联合优化馈源相对于折射超表面的位置与折射超表面相对于地面的位置，获取最佳的设置方案。
[0004]本专利技术的
技术实现思路
包括：
[0005]一种基于可重构折射超表面的蜂窝覆盖优化方法，适用于配备可重构折射超表面天线的基站和一个蜂窝用户构成的通信系统，所述可重构折射超表面天线由馈源与可重构折射超表面组成，其步骤包括：
[0006]获取通信系统参数，所述通信系统参数包括：发射功率、馈源与用户之间的信道参数、用户灵敏度和穿透损耗余量；
[0007]根据所述通信系统参数，设计可重构折射超表面的中心坐标与角度、以及馈源的中心坐标与角度，以最大化蜂窝覆盖；
[0008]基于可重构折射超表面的中心坐标与角度、以及馈源的中心坐标与角度，对可重构折射超表面天线进行部署。
[0009]进一步地，馈源角度为馈源的俯仰角、方位角、和旋转角组成的矢量。
[0010]进一步地，通过第一笛卡尔坐标系，定义馈源中心坐标Qi与馈源角度Ti，其中所述第一笛卡尔坐标系是以可重构折射超表面中心为原点，可重构折射超表面的两条边方向分别为x和y轴，垂直可重构折射超表面的方向为z轴。
[0011]进一步地，可重构折射超表面的角度为可重构折射超表面角度的俯仰角、方位角、和旋转角组成的矢量。
[0012]进一步地，通过第二笛卡尔坐标系，定义折射超表面中心坐标与可重构折射超表
面角度，其中所述第二笛卡尔坐标系是以基站在地平面上的投影为原点，地平面为xoy平面，垂直地平面的方向为z轴。
[0013]进一步地，蜂窝覆盖的定义包括：γ≥γ
th
＝γ
s
L
mar
，其中γ为用户接收信噪比，γ
th
为用户接收信噪比门限，γ
s
为用户灵敏度，L
mar
为穿透损耗余量。
[0014]进一步地，通过以下步骤计算用户接收信噪比γ：
[0015]1)根据馈源的中心坐标与角度，计算发射天线和接收天线在可重构折射超表面中各单元(m,n)方向上的天线增益乘积G
m,n
；
[0016]2)依据折射超表面中心坐标与折射超表面角度，计算馈源到单元(m,n)的间距D
m,n
与用户到单元(m,n)的间距d
m,n
；
[0017]3)基于天线增益乘积G
m,n
、间距D
m,n
、间距d
m,n
，计算单元(m,n)的信道增益h
m,n
；
[0018]4)通过信道增益h
m,n
与单元(m,n)的折射系数Γ
m,n
，计算信道h；
[0019]5)基于信道h、馈源发射功率P与用户接收的加性白高斯噪声方差σ2，得到用户接收信噪比γ。
[0020]进一步地，通过以下步骤得到可重构折射超表面的中心坐标与角度、以及馈源的中心坐标与角度：
[0021]1)保持馈源中心坐标Q
i
‑1与馈源角度T
i
‑1不变，根据用户接收信噪比γ
i
与蜂窝覆盖的定义，得到最优蜂窝覆盖S
i
及相应的折射超表面中心坐标G
i
与折射超表面角度R
i
，其中i为迭代次数；
[0022]2)保持折射超表面中心坐标G
i
与折射超表面角度R
i
不变，根据用户接收信噪比γ
′
i
与蜂窝覆盖的定义，得到最优蜂窝覆盖S
′
i
及相应的馈源中心坐标Q
i
与馈源角度T
i
；
[0023]3)当最优蜂窝覆盖S
′
i
与最优蜂窝覆盖S
′
i+1
的差值小于预设阈值时，将折射超表面中心坐标G
i
、折射超表面角度R
i
、馈源中心坐标Q
i
、馈源角度T
i
、分别作为可重构折射超表面的中心坐标与角度、以及馈源的中心坐标与角度。
[0024]一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行以上所述方法。
[0025]一种电子装置，包括存储器和处理器，其中存储器存储执行以上所述方法的程序。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：
[0027]与现有技术相比，本专利技术将基于可重构折射超表面的天线应用在蜂窝基站中，并进行了优化。在达到和传统相控阵相同的增益同时，获取了造价更低、功耗更低的技术解决方案。
附图说明
[0028]图1可重构折射超表面天线。
[0029]图2本专利技术的方法流程图。
[0030]图3基于可重构折射超表面天线的通信系统。
[0031]图4用于描述馈源位置的笛卡尔坐标系。
[0032]图5用于描述超表面位置的笛卡尔坐标系。
[0033]图6本专利技术的蜂窝覆盖优化方法流程图。
[0034]图7本专利技术与现有技术的实验结果对比图。
具体实施方式
[0035]下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术特定实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]可重构折射超表面天线由馈源和折射式超表面组成。如图1所示，折射式超表面是由多个亚波长单元组成的阵列。每个单元上都有PIN二极管，通过调整该二极管两端的偏置电压，可以使得二极管在ON和OFF之间切换。信号入射到各个单元上之后，会发生折射。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可重构折射超表面的蜂窝覆盖优化方法，适用于配备可重构折射超表面天线的基站和一个蜂窝用户构成的通信系统，所述可重构折射超表面天线由馈源与可重构折射超表面组成，其步骤包括：获取通信系统参数，所述通信系统参数包括：发射功率、馈源与用户之间的信道参数、用户灵敏度和穿透损耗余量；根据所述通信系统参数，设计可重构折射超表面的中心坐标与角度、以及馈源的中心坐标与角度，以最大化蜂窝覆盖；基于可重构折射超表面的中心坐标与角度、以及馈源的中心坐标与角度，对可重构折射超表面天线进行部署。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，馈源角度为馈源的俯仰角、方位角、和旋转角组成的矢量。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过第一笛卡尔坐标系，定义馈源中心坐标Q
i
与馈源角度T
i
，其中所述第一笛卡尔坐标系是以可重构折射超表面中心为原点，可重构折射超表面的两条边方向分别为x和y轴，垂直可重构折射超表面的方向为z轴。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，可重构折射超表面的角度为可重构折射超表面角度的俯仰角、方位角、和旋转角组成的矢量。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，通过第二笛卡尔坐标系，定义折射超表面中心坐标与可重构折射超表面角度，其中所述第二笛卡尔坐标系是以基站在地平面上的投影为原点，地平面为xoy平面，垂直地平面的方向为z轴。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，蜂窝覆盖的定义包括：γ≥γ
th
＝γ
s
L
mar
，其中γ为用户接收信噪比，γ
th
为用户接收信噪比门限，γ
s
为用户灵敏度，L
mar
为穿透损耗余量。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，通过以下步骤计算用户接收信噪比γ：1)根据馈源的中心坐标与角度，计算发射天线和接收天线在可重构折射超表面中各单元(m，n)方向上的天线增益乘积G
m，n
；2)依据折射超表面中心坐标与折射超表面角度，计算馈源到单元(m，n)的间距D
m，n
与用户到单元(m，n)的间距d
m，n
；3)基于天线增益乘积G
...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾书豪，张泓亮，
申请(专利权)人：杭州腓腓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：