[發明專利]一種基于智能反射表面的波束追蹤覆蓋與增強方法

有效

• 申請號: 202010186434.0
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111246496B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 章嘉懿;郭雅婧;艾渤
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H04W16/28
• 分類號: H04W16/28;H04W72/04
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 麻吉鳳

1.一種基于智能反射表面的波束追蹤覆蓋與增強方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、gNB根據鏈路中斷前用戶的歷史位置與速度信息，確定目標覆蓋區域；

S2、根據所述目標覆蓋區域將智能反射表面IRS單元劃分成若干個子陣列，通過設計IRS單元的相移使所述子陣列指向目標覆蓋區域的相鄰區域；

S3、gNB在總功率受限的條件下，通過分配gNB發射到IRS不同子陣列上的波束功率，實現對目標覆蓋區域的信號增強；

所述S1包括：

IRS面板距離地面的高度為H_L，以IRS面板的左上角為坐標原點，豎直邊為x軸，水平邊為y軸，z軸垂直于x-y平面，IRS面板共有N_t＝M×N個單元，M、N分別表示IRS面板沿x、y軸的總單元數；

gNB首先根據用戶的歷史位置信息計算用戶相對IRS面板的位置坐標(x，y)，根據用戶在IRS坐標系下的方位坐標及用戶的速度信息獲得以用戶位置為中心、信號處理延時內用戶位移為半徑的目標覆蓋區域D＝[x_min,x_max]×[y_min,y_max]；

通過引入一對空間角(u，v)來解耦傳統的仰角與方位角(θ,φ)，定義u為波束方向與x軸正方向之間的夾角，v為波束方向與y軸正方向之間的夾角，由幾何關系和cosu＝sinθcosφ，cosv＝sinθsinφ可得，

其中，u,v∈[0,π]，由此可得轉換坐標系下目標覆蓋區域的坐標范圍

所述S2包括：

IRS面板單元沿x軸方向的相移設計為：目標覆蓋區域的波束寬度為Δ_x＝cosu_min-cosu_max，單個IRS單元可實現的3dB波束寬度為其中λ表示波長，b表示每個單元的寬度，δ_i表示gNB發射波束到達IRS單元的入射角；

假設每個子陣列所包含的單元總數為M_S，則每個子陣列的波束寬度為相應地，沿x軸將IRS單元劃分成個子陣列，為確保沿x軸的波束寬度不小于Δ_x，則需滿足

w_x×S_x≥Δ_x

選用的IRS單元數越多，獲得的增益越高，選擇滿足上式的最大M_S值作為每個子陣列的單元數，劃分好子陣列單元后為每個子陣列設計相應的相移以覆蓋目標區域；目標覆蓋區域的中心位置c_x＝(cosu_min+cosu_max)/2，沿x軸方向，第i個IRS子陣列單元的偏移角為，

相應地，IRS單元的相移為，

其中，j是虛部單位，i表示沿x軸的第i個子陣列，m表示子陣列中的第m個IRS單元；

同理，沿y軸方向各IRS單元的相移為，

其中，j是虛部單位，l表示沿y軸方向的第l個子陣列；N_S表示沿y軸每個子陣列所包含的總單元數；n表示子陣列中的第n個單元；a_y,l是沿y軸方向第l個IRS子陣列單元的偏移角；S_y是沿y軸方向子陣列的數量；

沿x軸和y軸的相移是獨立的，將沿x軸和y軸的相移直接相乘以獲得每個IRS單元的相位偏移，

所述S3包括：

采用拉格朗日注水功率分配算法求得全局最優解，由于拉格朗日函數為

則，令解得，

在注水功率分配算法下，目標覆蓋區域可達最大信道容量為，

其中，P是gNB的發射功率，σ²表示噪聲的功率。