一种基于可重构折射超表面的信号同步方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于可重构折射超表面的信号同步方法及系统，所述方法包括：优化馈源发射的同步信号以及可重构折射超表面各单元的透射系数，从而最大化信号同步性能；将所述可重构折射超表面的透射系数设置为优化值后，发送优化后的同步信号；所述接收机基于接收到的信号，对信号的同步参数进行估计，从而实现发射机与接收机之间的同步。本发明专利技术最小化基于可重构折射超表面的通信系统的载波相位、频率和定时的估计误差，从而提升该系统的收发机同步的性能。机同步的性能。机同步的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可重构折射超表面的信号同步方法及系统


[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信号同步方法及系统。

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(记为RRS)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，而没有考虑基于RRS(可重构折射超表面)天线的通信系统。而且现有工作中研究的可重构折射超表面天线都只包含单个馈源，所以这些天线是无法支持多用户通信的。
[0003]在传统的通信系统中，也存在信号同步方法，但这些方法不能直接用于我们的场景中。这是因为我们的场景中使用的可重构折射超表面天线和传统场景中使用的天线(例如反射面天线、棒状天线等)有很大的差异。具体来说，可重构折射超表面天线在设计同步信号时需要考虑超表面相移特性的影响，而传统的天线不需要考虑这一点。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术公开一种基于可重构折射超表面的信号同步方法及系统，通过发射机设置最大化信号同步性能的可重构折射超表面透射系数以及发射最大化信号同步性能的信号，实现收发机之间的同步。
[0005]本专利技术的技术方案包括：
[0006]一种基于可重构折射超表面的信号同步方法，适用于使用可重构折射超表面天线的发射机与一个使用单天线的接收机构成的通信系统，所述可重构折射超表面天线由K个馈源与一可重构折射超表面组成，其步骤包括：
[0007]优化馈源发射的同步信号以及可重构折射超表面各单元的透射系数，从而最大化信号同步性能；
[0008]将所述可重构折射超表面的透射系数设置为优化值后，发送优化后的同步信号；
[0009]所述接收机基于接收到的信号，对信号的同步参数进行估计，从而实现发射机与接收机之间的同步。
[0010]进一步地，所述优化馈源发射的同步信号以及可重构折射超表面各单元的透射系数，其步骤包括：
[0011]1)构建针对信号同步参数的联合费雪矩阵；
[0012]2)将联合费雪矩阵的逆矩阵作为克拉美罗界矩阵；
[0013]3)保持同步符号A
t
‑1不变，获取克拉美罗界矩阵的克拉美罗界最小值C
t
及相应的折射系数矩阵Γ
t
，其中t为迭代次数；
[0014]4)保持折射系数矩阵Γ
t
不变，获取克拉美罗界矩阵的克拉美罗界最小值C
′
t
及相应的同步符号A
t
；
[0015]5)当克拉美罗界最小值C
′
t
与克拉美罗界最小值C
′
t
‑1的差值小于设定值时，基于折射系数矩阵Γ
t
与同步符号A
t
，得到优化后的同步信号与透射系数。
[0016]进一步地，所述优化的约束条件包括：s.t.tr((A)(A)
H
)<P
M
，其中A为同步符号，P
M
为发射机的最大发射功率。
[0017]进一步地，所述接收到的信号y＝e
jθ
H
×
A
×
P
τ
×
D
Ω
+w，其中θ为载波的初相位偏转，H为信道矩阵，A为同步符号，P
τ
为基于发射端到接收端的传播时延的时延矩阵，D
Ω
为基于频率漂移的频率偏转矩阵，w是接收端的噪声。
[0018]进一步地，通过以下步骤构建所述信道矩阵：
[0019]1)对于可重构折射超表面中每一单元(m,n)，获取单元(m,n)相应的馈源k与接收机之间信道路损与小尺度衰落系数
[0020]2)根据信道路损小尺度衰落系数与单元(m,n)的折射系数Γ
m,n
，得到第(m,n)个基于可重构折射超表面的信道
[0021]3)基于各信道获取馈源k与接收机之间信道h
(k)
；
[0022]4)将信道h
(k)
作为第k列的元素，以获取所述信道矩阵。
[0023]进一步地，信道路损其中λ代表对应于载波频率的波长，代表馈源k和用户的接收天线在单元(m,n)方向上的天线增益乘积，l
M
×
l
N
为单元尺寸，G
I
代表一个单元的天线增益，代表馈源k到单元(m,n)的间距，d
m,n
代表单元(m,n)到用户的间距，α代表路损因子。
[0024]进一步地，折射系数其中A
m,n
表示折射振幅，表示相移。
[0025]进一步地，所述对信号的同步参数进行估计的方法包括：最大似然法。
[0026]进一步地，信号同步参数包括：频率漂移、载波的初相位偏转和发射端到接收端的传播时延。
[0027]一种基于可重构折射超表面的信号同步系统，包括：
[0028]使用可重构折射超表面天线的发射机，用于优化馈源发射的同步信号以及可重构折射超表面各单元的透射系数，从而最大化信号同步性能；将所述可重构折射超表面的透射系数设置为优化值后，发送优化后的同步信号，其中所述可重构折射超表面天线由K个馈源与一可重构折射超表面组成；
[0029]使用单天线的接收机，用于基于接收到的信号，对信号的同步参数进行估计，从而实现发射机与接收机之间的同步。
[0030]与现有技术相比，本专利技术最小化基于可重构折射超表面的通信系统的载波相位、
频率和定时的估计误差，从而提升该系统的收发机同步的性能。
附图说明
[0031]图1是本专利技术提出的可重构折射超表面天线的示意图。
[0032]图2是本专利技术的方法流程图。
[0033]图3是本专利技术的迭代式算法流程图。
[0034]图4是本专利技术与现有技术的仿真结果对比图。
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多个馈源和一个折射式超表面组成。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信号同步方法，适用于使用可重构折射超表面天线的发射机与一个使用单天线的接收机构成的通信系统，所述可重构折射超表面天线由K个馈源与一可重构折射超表面组成，其步骤包括：优化馈源发射的同步信号以及可重构折射超表面各单元的透射系数，从而最大化信号同步性能；将所述可重构折射超表面的透射系数设置为优化值后，发送优化后的同步信号；所述接收机基于接收到的信号，对信号的同步参数进行估计，从而实现发射机与接收机之间的同步。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化馈源发射的同步信号以及可重构折射超表面各单元的透射系数，其步骤包括：1)构建针对信号同步参数的联合费雪矩阵；2)将联合费雪矩阵的逆矩阵作为克拉美罗界矩阵；3)保持同步符号A
t
‑1不变，获取克拉美罗界矩阵的克拉美罗界最小值C
t
及相应的折射系数矩阵Γ
t
，其中t为迭代次数；4)保持折射系数矩阵Γ
t
不变，获取克拉美罗界矩阵的克拉美罗界最小值C
′
t
及相应的同步符号A
t
；5)当克拉美罗界最小值C
′
t
与克拉美罗界最小值C
′
t
‑1的差值小于设定值时，基于折射系数矩阵Γ
t
与同步符号A
t
，得到优化后的同步信号与透射系数。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述优化的约束条件包括：s.t.tr((A)(A)
H
)<P
M
，其中A为同步符号，P
M
为发射机的最大发射功率。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收到的信号y＝e
jθ
H
×
A
×
P
τ
×
D
Ω
+w，其中θ为载波的初相位偏转，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋令阳，邸博雅，曾书豪，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：