基于信道模型的多智能反射面相位设计方法和装置制造方法及图纸

本公开涉及一种基于信道模型的多智能反射面相位设计方法和装置

【技术实现步骤摘要】
基于信道模型的多智能反射面相位设计方法和装置


[0001]本公开涉及通信
，尤其涉及一种基于信道模型的多智能反射面相位设计方法和装置
、
电子设备和计算机可读存储介质
。

技术介绍

[0002]智能反射面
(IRS
，
Intelligent Reflecting Surface)
由亚波长单元组成
(
通常为通信波长的十分之一到二分之一之间
)
，常用于改变到达其表面的电磁波信号的电磁响应，如幅度
、
相位
、
频率等特性，通过外部信号控制的手段，实现信号的实时重构
。
这一特性使
IRS
能够改变通信传播环境，提高无线通信质量
。IRS
作为
6G
系统中一种很有前途的技术方案，目前
IRS
的研究主要考虑通过对发射信号的相移来提高信号质量
。
[0003]在现有
IRS
的相位设计方案中，可以根据不同场景中的相位设计需求，根据
IRS
的覆盖范围需求和信道模型，对
IRS
表面按单元进行分组，利用波束展宽技术设计每个组表面单元的相位补偿的方案，通过增加表面单元的个数对波束展宽造成的增益损失进行补偿
。
[0004]也可以通过联合优化源节点的发射波束成形，以及空中智能反射面
(
将
IRS
挂载到空中得到空中智能反射面
(AIRS
，
Aerial Intelligent Reflecting Surface))
的放置和三维被动波束成形最大化目标区域所有位置的最坏情况信噪比
(SNR)
，以及降低多普勒频移影响，构建一种基于
AIRS
的三维
(3D)
无线系统架构，具有覆盖范围灵活
、
支持
AIRS
移动性的特点
。
但是，该方案未考虑
AIRS
与固定
IRS
的组合，且实际实施需要获取的信道状态信息较多，如信道中散射体的分布等信息，实施难度较大，且仅支持窄带模型
。
[0005]还可以通过调整
IRS
单元的相位，使得所有单元的反射波束在接收端对齐，通过
IRS
创造了虚拟直射径，但是该方案仅考虑到了信道中存在一个
IRS
的情况，并且未对
AIRS
可能的移动性进行考虑，局限性较大
。
[0006]但是，现有技术中尚未有方案对
IRS
与
AIRS
联合辅助的通信系统进行设计，仅对
IRS
或
AIRS
进行考虑，且部分相位设计方案的实际实施需要获取的信道状态信息较多，实施难度较大
。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本公开实施例提供了一种基于信道模型的多智能反射面相位设计方法和装置
、
电子设备和计算机可读存储介质，以解决相关技术中存在的问题
。
[0008]本公开实施例的第一方面，提供了一种基于信道模型的多智能反射面相位设计方法，包括：基于信号发射端的位置信息
、
信号接收端的位置信息
、
智能反射面的位置信息
、
空中智能反射面的位置信息和至少一个散射体的位置信息，建立信号发射端和信号接收端的信道模型；基于信道模型和信号接收端的运动信息，分别计算智能反射面的第一初始相位和预设时间间隔后的第一动态相位；基于信道模型
、
空中智能反射面的运动信息和信号接收端的运动信息，分别计算空中智能反射面的第二初始相位和预设时间间隔后的第二动态相位；采用泰勒展开法，基于第一初始相位计算预设时间间隔后智能反射面的第一预测相
位，基于第二初始相位计算预设时间间隔后空中智能反射面的第二预测相位；若第一预测相位和第一动态相位的误差容忍度满足第一预设误差容忍度，确定第一预测相位为预设时间间隔后智能反射面的第一目标相位；若第二预测相位和第二动态相位的误差容忍度满足第二预设误差容忍度，确定第二预测相位为预设时间间隔后空中智能反射面的第二目标相位
。
[0009]本公开实施例的第二方面，提供了一种基于信道模型的多智能反射面相位设计装置，包括：建立模块，被配置为基于信号发射端的位置信息
、
信号接收端的位置信息
、
智能反射面的位置信息
、
空中智能反射面的位置信息和至少一个散射体的位置信息，建立信号发射端和信号接收端的信道模型；计算模块，被配置为基于信道模型和信号接收端的运动信息，分别计算智能反射面的第一初始相位和预设时间间隔后的第一动态相位；基于信道模型
、
空中智能反射面的运动信息和信号接收端的运动信息，分别计算空中智能反射面的第二初始相位和预设时间间隔后的第二动态相位；计算模块还被配置为采用泰勒展开法，基于第一初始相位计算预设时间间隔后智能反射面的第一预测相位，基于第二初始相位计算预设时间间隔后空中智能反射面的第二预测相位；判断模块，被配置为若第一预测相位和第一动态相位的误差容忍度满足第一预设误差容忍度，确定第一预测相位为预设时间间隔后智能反射面的第一目标相位；若第二预测相位和第二动态相位的误差容忍度满足第二预设误差容忍度，确定第二预测相位为预设时间间隔后空中智能反射面的第二目标相位
。
[0010]本公开实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；用于存储至少一个处理器可执行指令的存储器；其中，至少一个处理器用于执行指令，以实现上述基于信道模型的多智能反射面相位设计方法的步骤
。
[0011]本公开实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，当计算机可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行上述基于信道模型的多智能反射面相位设计方法的步骤
。
[0012]本公开实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：通过基于信号发射端的位置信息
、
信号接收端的位置信息
、
智能反射面的位置信息
、
空中智能反射面的位置信息和至少一个散射体的位置信息，建立信号发射端和信号接收端的信道模型；基于信道模型和信号接收端的运动信息，分别计算智能反射面的第一初始相位和预设时间间隔后的第一动态相位；基于信道模型
、
空中智能反射面的运动信息和信号接收端的运动信息，分别计算空中智能反射面的第二初始相位和预设时间间隔后的第二动态相位；基于第一初始相位计算预设时间间隔后智能反射面的第一预测相位，基于第二初始相位计算预设时间间隔后空中智能反射面的第二预测相位；若第一预测相位和第一动态相位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于信道模型的多智能反射面相位设计方法，其特征在于，包括：基于信号发射端的位置信息
、
信号接收端的位置信息
、
智能反射面的位置信息
、
空中智能反射面的位置信息和至少一个散射体的位置信息，建立所述信号发射端和所述信号接收端的信道模型；基于所述信道模型和所述信号接收端的运动信息，分别计算所述智能反射面的第一初始相位和预设时间间隔后所述智能反射面的第一动态相位；基于所述信道模型
、
所述空中智能反射面的运动信息和所述信号接收端的运动信息，分别计算所述空中智能反射面的第二初始相位和所述预设时间间隔后所述空中智能反射面的第二动态相位；基于所述第一初始相位计算所述预设时间间隔后所述智能反射面的第一预测相位，基于所述第二初始相位计算所述预设时间间隔后所述空中智能反射面的第二预测相位；若所述第一预测相位和所述第一动态相位的误差容忍度满足第一预设误差容忍度，确定所述第一预测相位为所述预设时间间隔后所述智能反射面的第一目标相位；若所述第二预测相位和所述第二动态相位的误差容忍度满足第二预设误差容忍度，确定所述第二预测相位为所述预设时间间隔后所述空中智能反射面的第二目标相位
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号接收端的运动信息包括所述信号接收端的移动速度和所述信号接收端的水平方向运动角，所述空中智能反射面的运动信息包括所述空中智能反射面的移动速度
、
所述空中智能反射面的水平方向运动角和所述空中智能反射面的垂直方向运动角；和
/
或，所述智能反射面和所述空中智能反射面均包括多个反射单元，所述第一初始相位包括相应个反射单元的第一子初始相位，所述第一动态相位包括相应个反射单元的第一子动态相位，所述第一预测相位包括相应个反射单元的第一子预测相位，所述第一目标相位包括相应个反射单元的第一子目标相位；所述第二初始相位包括相应个反射单元的第二子初始相位，所述第二动态相位包括相应个反射单元的第二子动态相位，第二预测相位包括相应个反射单元的第二子预测相位，所述第二目标相位包括相应个反射单元的第二子目标相位
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过如下第一公式
、
第二公式
、
第三公式
、
第四公式和第五公式计算所述智能反射面的第
n
个反射单元的第一子初始相位，其中，所述第一公式
、
所述第二公式
、
所述第三公式
、
所述第四公式和所述第五公式分别为：所述第四公式和所述第五公式分别为：
ε
T,I
＝
[x
I
,y
I
,H
IRS
‑
H
BS
]
T
，
ε
I,R
(t)
＝
[D+v
R
tcos
χ
R
‑
x
I
,v
R
tsin
χ
R
‑
y
I
,
‑
H
IRS
]
T
，其中，表示所述智能反射面的第
n
个反射单元的第一子初始相位，
n
为大于或等于1且小于或等于
N
的整数，
N
为所述智能反射面的反射单元的总数量，
k0表示波数，
t
表示第
t
时刻
(
即初始时刻
)
，表示所述信号发射端到所述智能反射面的第
n
个反射单元
的距离向量，表示所述智能反射面的第
n
个反射单元到所述信号接收端的距离向量，
ε
T,I
表示所述信号发射端的中心到所述智能反射面的中心的距离向量，
ε
I,R
(t)
表示所述智能反射面的中心到所述信号接收端的中心的距离向量，
x
I
表示所述智能反射面在
x
轴上的横坐标，
y
I
表示所述智能反射面在
y
轴上的纵坐标，
H
IRS
表示所述智能反射面的高度，
H
BS
表示所述信号发射端的高度，表示所述信号发射端的均匀线性天线阵列中第1个天线阵元到第
p
个天线阵元的距离向量，表示所述信号接收端的均匀线性天线阵列中第1个天线阵元到第
q
个天线阵元的距离向量，表示所述智能反射面的中心到所述智能反射面的第
n
个反射单元的距离向量，
D
表示所述信号接收端与所述信号发射端的初始距离，
v
R
表示所述信号接收端的移动速度，
χ
R
表示所述信号接收端的水平方向运动角，
x
I
、y
I
、
ε
T,I
、
ε
I,R
(t)、H
IRS
、H
BS
、D、v
R
和
χ
R
均为已知参数，
x
I
、y
I
、
ε
T,I
、
ε
I,R
(t)、H
IRS
、H
BS
和
D
是基于所述信道模型确定的；在所述第一公式
、
所述第二公式
、
所述第三公式
、
所述第四公式和所述第五公式的基础上，通过第六公式计算所述智能反射面的第
n
个反射单元的第一子动态相位，其中，所述第六公式为：其中，表示预设时间间隔后所述智能反射面的第
n
个反射单元的第一子动态相位，
Δ
t
表示预设时间间隔，表示预设时间间隔后所述智能反射面的第
n
个反射单元到所述信号接收端的距离；通过第七公式和第八公式计算预设时间间隔后所述智能反射面的第
n
个反射单元的第一子预测相位，其中，所述第七公式和所述第八公式分别为：一子预测相位，其中，所述第七公式和所述第八公式分别为：其中，表示预设时间间隔后所述智能反射面的第
n
个反射单元的第一子预测相位，表示预设时间间隔后所述智能反射面的第
n
个反射单元的需要调整的相位，是基于泰勒展开法确定的；通过如下第九公式
、
第十公式
、
第十一公式
、
第十二公式和第十三公式计算所述空中智能反射面的第
n
个反射单元的第二子初始相位，其中，所述第九公式
、
所述第十公式
、
所述第十一公式
、
所述第十二公式和所述第十三公式分别为：所述第十二公式和所述第十三公式分别为：
ε
T,A
(t)
＝
[x
A
(t),y
A
(t),z
A
(t)]
T
，，
其中，表示所述空中智能反射面的第
n
个反射单元的第二子初始相位，表示所述信号发射端到所述空中智能反射面的第
n
个反射单元的距离向量，表示所述空中智能反射面的第
n
个反射单元到所述信号接收端的距离向量，
ε
T,A
(t)
表示所述信号发射端的中心到所述空中智能反射面的中心的距离向量，
ε
A,R
(t)
表示所述空中智能反射面的中心到所述信号接收端的中心的距离向量，
x
A
(t)
表示所述空中智能反射面在
x
轴上的横坐标，
y
A
(t)
表示所述空中智能反射面在
y
轴上的纵坐标，
z
A
(t)
表示所述空中智能反射面在
z
轴上的竖坐标，
H
AIRS
表示所述空中智能反射面的高度，表示所述空中智能反射面的中心到所述空中智能反射面的第
n
个反射单元的距离向量，
x
A
(t)、y
A
(t)、z
A
(t)、
ε
T,A
(t)、
ε
A,R
(t)、H
AIRS
、D、v
R
和
χ
R
均为已知参数，
x
A
(t)、y
A
(t)、z
A
(t)、
ε
T,A
(t)、
ε
A,R
(t)、H
AIRS
和
D
是基于所述信道模型确定的；在所述第九公式
、
所述第十公式
、
所述第十一公式
、
所述第十二公式和所述第十三公式的基础上，通过第十四公式计算预设时间间隔后所述空...

【专利技术属性】
技术研发人员：马楠，刘少一，刘宜明，许晓东，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：