[發明專利]一種基于反射面的主被動互惠共生傳輸通信系統

有效

• 申請號: 201911068917.4
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN110830097B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 類先富;伍明江
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H04B7/145
• 分類號: H04B7/145;H04B17/364;H04L27/18
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 卓仲陽

本發明公開了一種基于反射面的主被動互惠共生傳輸通信系統，包括單天線發射基站、含多個獨立可控的反射單元的智能反射面以及單天線主被動協同接收機，智能反射面與傳感器連接；單天線發射基站和智能反射面構成互惠共生通信系統發射部分，分別發射主動信號與被動信號；單天線協同接收機同時接收主動信號和被動信號，并分別解調出來自基站的主動信息和來自與智能反射面相連的傳感器的被動信息，其中被動信息通過無線信道的時延長度進行指示。本發明能夠極大地提高頻譜效率和能量效率，并且沒有發射額外的射頻信號，降低了無線通信系統的電磁干擾，具有極大的應用前景。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種基于反射面的主被動互惠共生傳輸通信系統。

背景技術

萬物互聯被作為5G的愿景之一，說明物聯網是5G以及下一代無線通信技術的重要組成部分，超大規模的物聯網設備給能耗和無線通信技術提出了極大的挑戰，某些場景下的物聯網設備的電池壽命希望能夠達到10年之久，否則頻繁地更換電源設備將會帶來巨大的成本開銷和維護開銷；此外，由于頻譜資源匱乏，現在的通信頻譜資源遠不能滿足超大規模的物聯網設備接入，并且無線通信射頻器件的高昂成本也會導致物聯網部署的成本上升。

最近，智能反射面因為其可以動態地改變無線電磁波傳播環境來增強無線通信而受到了學術界和工業界的極大關注。智能反射面包含大量無源的、低成本的、獨立可控的、不包含射頻發射鏈的反射單元，這些反射單元由人造超材料組成，能夠對入射的電磁波進行相移和時延操作，從而使得隨機的、不可控的無線傳播環境可以被人為地編程控制，實現了無線智能傳輸。智能反射面可以根據信道環境動態地、智能地調整相移系數并且不引入新的噪聲，使得反射信號可以形成對準接收機的被動波束，極大地提高了無線通信性能，智能反射面也可以從多個資源維度對入射信號進行信息調制以攜帶被動信息，這類被動信息調制方式以環境中已有電磁波為載波，不發送新的電磁信號，從而減少了環境中的無線電干擾。因此基于智能反射面的無線通信系統具有高頻譜效率、高能量效率，十分符合綠色通信的理念。

發明內容

為了實現上述目的，本發明提供一種基于反射面的主被動互惠共生傳輸通信系統。本發明的一種基于反射面的主被動互惠共生傳輸通信系統，包括單天線發射基站、含多個獨立可控的反射單元的智能反射面以及單天線主被動協同接收機，智能反射面與傳感器連接。其中，單天線發射基站和智能反射面構成互惠共生通信系統發射部分，分別發射主動信號與被動信號；智能反射面的每個反射單元都通過微控制器獨立可控，每個反射單元調整入射信號的相位偏移，同時對入射信號進行存儲再發射，從而形成可控的時延效果。單天線協同接收機同時接收主動信號和被動信號，并分別解調出來自基站的主動信息和來自與智能反射面相連的傳感器的被動信息，其中被動信息通過無線信道的時延長度進行指示。

單天線發射基站發送的主動信號表示為：

其中，P是基站發射功率，x′是基站主動發送的數據。主動數據采用單載波調制，其幀結構的基本單元是由保護字段“GI seq”和數據字段“Data”組成的一個主動發射符號；一個幀由一個或者多個主動發射符號組成；此外，幀中最后一個主動發射符號需要額外添加一個保護字段“GI seq”。

令智能反射面的反射單元數目為M，每個反射單元均根據信道信息獨立調整相位偏移，此外還根據待發送的被動信息“1”或者“0”調整對反射信號的時延大小，如果需要發送“1”比特，則進行時延，但時延長度不超過“GI seq”信號的長度，如果需要發送“0”比特，則不進行時延。

實現時延的方法是：反射單元將入射信號先進行存儲，然后經過設置的時延時間后，再將存儲的信號發送出去，協同接收機接收到的信號為直接來自基站的信號與經過時延調制的被動信號的疊加信號：

y(n)＝h_r^TΘGx(n-k)+h_dx(n)+ω