一种双智能反射面辅助通信的联合波束赋形和部署方法技术

本发明专利技术公开了一种双智能反射面辅助通信的联合波束赋形和部署方法，步骤如下：S1、输入部署区域和目标区域的位置信息；S2、计算并配置接入点发射信号的相位和功率；S3、构建并拆分智能反射面联合波束赋形和部署问题；S4、对于给定任意智能反射面部署，计算智能反射面的无源反射单元的相移；S5、基于S4所述智能反射面的无源反射单元的相移，计算并部署智能反射面部署位置；S6、基于S5所述智能反射面部署位置，计算并配置智能反射面的无源反射单元的相移。本发明专利技术所提出的双智能反射面辅助通信的联合波束赋形和部署方法能够显著提升通信覆盖范围和目标区域边缘处的最差信噪比，并且避免了信道估计的开销。了信道估计的开销。了信道估计的开销。

【技术实现步骤摘要】
一种双智能反射面辅助通信的联合波束赋形和部署方法


[0001]本专利技术涉及数字无线通信
，具体涉及一种双智能反射面辅助通信的联合波束赋形和部署方法。

技术介绍

[0002]为进一步提高第五代后续无线网络系统和未来第六代无线网络系统的数据传输速率和通信覆盖，目前工业界和学术界已经在探索更具低成本和竞争力的物理层技术。然而，在现有技术中，由于有源天线数量大，随之带来能耗高、信道估计开销大、噪声干扰严重、目标区域覆盖成本高的问题。
[0003]目前，在6G候选新技术中，智能反射面(又称可重构智能表面)以其独特的低成本、低能耗、可编程、易部署、无噪声等特点脱颖而出。智能反射面通过引入无线网络使得无线传播环境从被动适应变为主动可控，从而构建了智能无线环境。智能反射面是一种很有前景的无线信道重构技术，它为未来网络的覆盖设计带来了新的范式，满足未来移动通信需求。
[0004]波束赋形是一种用波束赋形器控制每一个发射装置的相位和信号幅度从而在接收端中获得需要的相移和相消干涉模式的技术。不同接收器接收到的信号被以一种恰当的方式组合起来，从而获得期盼中的信号辐射模式。在智能反射面辅助的无线系统中，当发送端和接收端的视距信道被阻塞时，在发送端使用波束赋形技术可以提高发送端到智能反射表面方向的天线增益。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种双智能反射面辅助通信的联合波束赋形和部署方法，具有低成本、低复杂度、通信覆盖范围广的优点。
[0006]本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0007]一种双智能反射面辅助通信的联合波束赋形和部署方法，应用于具有双智能反射面辅助的无线通信系统，该无线通信系统包括至少1个具有M条天线的接入点、2个具有N
I
个无源反射单元的智能反射面、2个智能反射面控制器、1个部署区域以及1个目标区域所述联合波束赋形和部署方法包括下列步骤：
[0008]S1、输入部署区域和目标区域的位置信息；
[0009]S2、计算并配置接入点发射信号的相位和发射功率；
[0010]S3、构建并拆分智能反射面联合波束赋形和部署问题；
[0011]S4、对于给定任意智能反射面部署，计算智能反射面的无源反射单元的相移；
[0012]S5、基于所述智能反射面的无源反射单元的相移，计算并部署智能反射面部署位置；
[0013]S6、基于所述智能反射面部署位置，计算并配置智能反射面的无源反射单元的相移。
[0014]进一步地，所述步骤S1过程如下：
[0015]输入以下关于部署区域和目标区域的位置信息：
[0016]假设所有的位置信息都基于以x、y、z为坐标轴的三维笛卡尔坐标系，每个智能反射面的高度表示为H，部署区域的长度表示为R
x
，部署区域和x坐标轴之间的水平距离表示为D＞0，部署区域的中点和y坐标轴的水平距离表示为c0，部署区域在x
‑
y平面的中点表示为r
c
＝[c0，D]T
，第k个智能反射面在x
‑
y平面的参考点表示为y平面的参考点表示为第k个智能反射面在三维空间的参考点表示为其中，k∈{1，2}，上标(
·
)
T
定义为取转置操作；
[0017]目标区域的长度表示为D
x
，目标区域的宽度表示为D
y
，目标区域在在三维空间的位置表示为目标区域在x
‑
y平面的位置表示为d＝[d
x
，d
y
]T
，其中，
[0018]进一步地，所述步骤S2过程如下：
[0019]将一维导向矢量函数定义为：其中，ζ定义为再两个相邻天线或者无源反射单元到达或发射的信号之间相位差，N
t
定义为1个均等线性阵列的尺寸，
[0020]传输信号的波长表示为λ，两个相邻无源反射单元的间距表示为Ψ
I
，每个智能反射面的沿x坐标轴方向和z坐标轴方向的无源反射单元数量分别表示为N
x
和N
z
，接入点到第k个智能反射面的到达仰角和到达方位角分别表示为φ
R，k
(r
k
)和η
R，k
(r
k
)；第k个智能反射面的接收阵列响应表示为：
[0021][0022]其中，k∈{1，2}，其中，k∈{1，2}，表示克罗内克积，为关于φ
R，k
(r
k
)和η
R，k
(r
k
)沿着x坐标轴维度的空间频率，为关于η
R，k
(r
k
)沿着z坐标轴维度的空间频率；
[0023]定义为a
×
b复数矩阵的空间，||
·
||定义为取2范数操作，上标(
·
)
H
定义为取共轭转置操作，定义为从接入点到部署区域的传输阵列响应，||a
T
(r
c
)||2＝M；接入点到第k个智能反射面的远场视距信道表示为：其中，β0定义为1米参考距离下的信道增益，定义为接入点到第k个智能反射面的距离；
[0024]第k个智能反射面到目标区域在x
‑
y平面的位置的发射仰角和发射方位角分别表示为φ
T，k
(r
k
，d)和η
T，k
(r
k
，d)；第k个智能反射面的反射阵列响应表示为：其中，定义为关于φ
T，k
(r
k
，d)和η
T，k
(r
k
，d)沿着x坐标轴维度的空间频率，定义为关于φ
T，k
(r
k
，d)沿着z坐标轴维度的空间频率；第k个智能反射面到目标区域在x
‑
y平面的位置的远场视距信道表示为：
[0025][0026]其中，定义为第k个智能反射面到目标区域在x
‑
y平面的位置的距离；
[0027]diag(x)定义为每个对角元素是x中对应的元素的对角矩阵，为第k个智能反射面中第n个无源反射单元的相移，第k个智能反射面的反射相移矩阵表示为个智能反射面中第n个无源反射单元的相移，第k个智能反射面的反射相移矩阵表示为定义为第k个智能反射面的无源反射单元的相移矢量；接入点的传输波束赋形矢量表示为||v||＝1；目标区域在x
‑
y平面的位置接收到的信号表示为：
[0028][0029]其中，P
t
为接入点的发射功率，x是接入点的传输信号，n0是均值为零和方差为的加性高斯白噪声；
[0030]c
*
的上标表示为变量c的最优值；在给定部署区域和目标区域的位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双智能反射面辅助通信的联合波束赋形和部署方法，应用于具有双智能反射面辅助的无线通信系统，该无线通信系统包括至少1个具有M条天线的接入点、2个具有N1个无源反射单元的智能反射面、2个智能反射面控制器、1个部署区域以及1个目标区域其特征在于，所述联合波束赋形和部署方法包括下列步骤：S1、输入部署区域和目标区域的位置信息；S2、计算并配置接入点发射信号的相位和发射功率；S3、构建并拆分智能反射面联合波束赋形和部署问题；S4、对于给定任意智能反射面部署，计算智能反射面的无源反射单元的相移；S5、基于所述智能反射面的无源反射单元的相移，计算并部署智能反射面部署位置；S6、基于所述智能反射面部署位置，计算并配置智能反射面的无源反射单元的相移。2.根据权利要求1所述的一种双智能反射面辅助通信的联合波束赋形和部署方法，其特征在于，所述步骤S1过程如下：输入以下关于部署区域和目标区域的位置信息：假设所有的位置信息都基于以x、y、z为坐标轴的三维笛卡尔坐标系，每个智能反射面的高度表示为H，部署区域的长度表示为R
x
，部署区域和x坐标轴之间的水平距离表示为D＞0，部署区域的中点和y坐标轴的水平距离表示为c0，部署区域在x
‑
y平面的中点表示为r
c
＝[c0，D]
T
，第k个智能反射面在x
‑
y平面的参考点表示为y平面的参考点表示为第k个智能反射面在三维空间的参考点表示为其中，k∈{1，2}，上标(
·
)
T
定义为取转置操作；目标区域的长度表示为D
x
，目标区域的宽度表示为D
y
，目标区域A在在三维空间的位置表示为目标区域在x
‑
y平面的位置表示为d＝[d
x
，d
y
]
T
，其中，3.根据权利要求2所述的一种双智能反射面辅助通信的联合波束赋形和部署方法，其特征在于，所述步骤S2过程如下：将一维导向矢量函数定义为：其中，ζ定义为再两个相邻天线或者无源反射单元到达或发射的信号之间相位差，N
t
定义为1个均等线性阵列的尺寸，传输信号的波长表示为λ，两个相邻无源反射单元的间距表示为Ψ
I
，每个智能反射面的沿x坐标轴方向和z坐标轴方向的无源反射单元数量分别表示为N
x
和N
z
，接入点到第k个智能反射面的到达仰角和到达方位角分别表示为φ
R，k
(r
k
)和η
R，k
(r
k
)；第k个智能反射面的接收阵列响应表示为：其中，k∈{1，2}，其中，k∈{1，2}，表示克罗内克积，
为关于φ
R，k
(r
k
)和η
R，k
(r
k
)沿着x坐标轴维度的空间频率，为关于η
R，k
(r
k
)沿着z坐标轴维度的空间频率；定义为a
×
b复数矩阵的空间，||
·
||定义为取2范数操作，上标(
·
)
H
定义为取共轭转置操作，定义为从接入点到部署区域的传输阵列响应，||a
T
(r
c
)||2＝M；接入点到第k个智能反射面的远场视距信道表示为：其中，β0定义为1米参考距离下的信道增益，定义为接入点到第k个智能反射面的距离；第k个智能反射面到目标区域在x
‑
y平面的位置的发射仰角和发射方位角分别表示为φ
T，k
(r
k
，d)和η
T，k
(r
k
，d)；第k个智能反射面的反射阵列响应表示为：其中，定义为关于φ
T，k
(r
k
，d)和η
T，k
(r
k
，d)沿着x坐标轴维度的空间频率，定义为关于φ
T，k
(r
k
，d)沿着z坐标轴维度的空间频率；第k个智能反射面到目标区域在x
‑
y平面的位置的远场视距信道表示为：其中，定义为第k个智能反射面到目标区域在x
‑
y平面的位置的距离；diag(x)定义为每个对角元素是x中对应的元素的对角矩阵，为第k个智能反射面中第n个无源反射单元的相移，第k个智能反射面的反射相移矩阵表示为个智能反射面中第n个无源反射单元的相移，第k个智能反射面的反射相移矩阵表示为定义为第k个智能反射面的无源反射单元的相移矢量；接入点的传输波束赋形矢量表示为||v||＝1；目标区域在x
‑
y平面的位置接收到的信号表示为：其中，P
t
为接入点的发射功率，x是接入点的传输信号，n0是均值为零和方差为的加性高斯白噪声；c
*
的上标表示为变量c的最优值；在给定部署区域和目标区域的位置信息下，根据
最大比传输理论，接入点的最优传输波束赋形矢量表示为：按照最优传输波束赋形矢量v
*
和接入点的发射功率P
t

【专利技术属性】
技术研发人员：郑倍雄，冯杰，林少娥，陈芳炯，官权升，朱祖祺，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：