基于可重构折射超表面天线的多用户传输方法及装置与流程

本发明涉及电子学领域，具体为一种基于可重构折射超表面天线的多用户传输方法及装置。

背景技术：

1、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。

2、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，而没有工作考虑基于可重构折射超表面天线的多用户系统中该如何实现传输。而且现有的都是研究只包含单个馈源的可重构折射超表面天线，所以不能用于多用户系统中。

3、现有文献(b.di.et.al.,``hybrid beamforming for reconfigurableintelligent surface based multi-user communications:achievable rates withlimited discrete phase shifts”,ieee journal on selected areas incommunications(volume:38,issue:8,aug.2020))中研究了：在一个反射式超表面辅助的多用户mimo无线通信系统中，如何同时给多个用户发送数据。然而在文献中，采用的是反射式超表面，且基站的各发射天线(馈源)是位于超表面的远场。所以该文献中提到的多用户通信方法不能直接用来实现我们考虑的场景中的多用户通信。

4、现有文献(zhendong li,wen chen,senior member,ieee,and huanqing cao,``beamforming design and power allocation for transmissive rms-basedtransmitter architectures”,https://arxiv.org/pdf/2107.11013.pdf)中提出了一种基于折射式超表面的发射机，并且提出了一种方案实现该发射机同时给多个用户发送数据。但是该文献中的折射式超表面同时完成beamforming和数字载波调制的功能，而此处的折射式超表面只完成beamforming的功能，此外该文献中只有一个馈源，馈源发射的是不携带数据的单频信号。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种基于可重构折射超表面天线的多用户传输方法及装置，基于数字波束成型，使多个馈源同时给多个用户发送数据。

2、本发明的技术内容包括：

3、一种基于可重构折射超表面天线的多用户传输方法，其步骤包括：

4、1)根据数字波束成型矩阵vd、各辐射单元的相移与基站给各用户s发送数据的总体速率r之间的关系，建模一最优化问题，其中m为辐射单元的行号，n为辐射单元的列号；

5、2)求解该最优化问题，获取最优数字波束成型矩阵与最优相移其中t为迭代次数；

6、3)将可重构折射超表面的相移设置为最优相移并使用最优数字波束成型矩阵对发送给各个用户的数据流xs进行编码；

7、4)通过各馈源发送编码结果，且编码结果经过信道传输后被用户接收。

8、进一步地，通过以下步骤获取最优数字波束成型矩阵与最优相移

9、1)数字波束赋型矩阵保持不变，进行最优化问题求解，得到最大速率rt及相应的最优相移

10、2)最优相移保持不变，进行最优化问题求解，得到最大速率r′t及相应的最优数字波束赋型矩阵

11、3)当速率rt与速率r(t+1)之差小于预设阈值时，得到最优数字波束成型矩阵与最优相移

12、进一步地，通过以下步骤获取最优数字波束成型矩阵与最优相移

13、1)最优相移保持不变，进行最优化问题求解，得到最大速率rt及相应的最优数字波束赋型矩阵

14、2)数字波束赋型矩阵保持不变，进行最优化问题求解，得到最大速率r′t及相应的最优相移

15、3)当rt与速率r(t+1)之差小于预设阈值时，得到最优数字波束成型矩阵与最优相移

16、进一步地，速率r＝∑srs，其中基站给用户s发送数据的速率代表最优数字波束成型矩阵的第k行第s列的元素，σ2代表用户s接收到的信号中的加性白高斯噪声的方差，h(s,k)代表从馈源k到用户s的信道，kt代表基站配备的可重构折射超表面天线的馈源的数量。

17、进一步地，用户s与馈源k之间的信道其中表示路损，表示小尺度衰落系数，γm,n表示辐射单元(m,n)的折射系数。

18、进一步地，路损其中λ代表对应于载波频率的波长，代表的是发射天线k和用户s的接收天线在辐射单元(m,n)方向上的天线增益乘积，代表馈源k到辐射单元(m,n)的间距，代表用户s到辐射单元(m,n)的间距，α代表路损因子。

19、进一步地，折射系数其中am,n表示折射振幅。

20、进一步地，各用户s接收编码结果的信号其中代表最优数字波束成型矩阵的第k行第s列的元素，ns代表加性白高斯噪声。

21、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。

22、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。

23、与现有技术相比，本发明具有以下优势：

24、1、可以使用多个馈源同时给多个用户发送信号，且馈源发射的信号中携带了数据；

25、2、结合前端的数字波束成型，能够更好的消除干扰，最大化系统和速率。

技术特征：

1.一种基于可重构折射超表面天线的多用户传输方法，其步骤包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下步骤获取最优数字波束成型矩阵与最优相移

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下步骤获取最优数字波束成型矩阵与最优相移

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，速率r＝∑srs，其中基站给用户s发送数据的速率代表最优数字波束成型矩阵的第k行第s列的元素，σ2代表用户s接收到的信号中的加性白高斯噪声的方差，h(s，k)代表从馈源k到用户s的信道，kt代表基站配备的可重构折射超表面天线的馈源的数量。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用户s与馈源k之间的信道其中表示路损，表示小尺度衰落系数，γm，n表示辐射单元(m，n)的折射系数。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，路损其中λ代表对应于载波频率的波长，代表的是发射天线k和用户s的接收天线在辐射单元(m，n)方向上的天线增益乘积，代表馈源k到辐射单元(m，n)的间距，代表用户s到辐射单元(m，n)的间距，α代表路损因子。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，折射系数其中am，n表示折射振幅。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，各用户s接收编码结果的信号其中代表最优数字波束成型矩阵的第k行第s列的元素，ns代表加性白高斯噪声。

9.一种存储介质，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权利要求1-8中任一所述方法。

10.一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行如权利要求1-8中任一所述方法。

技术总结
本发明公开了一种基于可重构折射超表面天线的多用户传输方法及装置，包括根据数字波束成型矩阵V<subgt;D</subgt;、各辐射单元的相移与基站给各用户s发送数据的总体速率R之间的关系，建模一最优化问题；求解该最优化问题，获取最优数字波束成型矩阵与最优相移将可重构折射超表面的相移设置为最优相移使用最优数字波束成型矩阵对发送给各个用户的数据流x<subgt;S</subgt;进行编码；通过各馈源发送编码结果；编码结果经过信道传输后被用户接收。本发明基于带有多个馈源的可重构折射超表面、以及前端的数字波束赋型，能够降低干扰，增强有用信号，实现同时给多个用户发送信号。通过优化相位矩阵以及数字波束赋型矩阵，可以最大化系统和速率。

技术研发人员：曾书豪,张泓亮,胡馨元,岳韶华
受保护的技术使用者：杭州腓腓科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12