[發(fā)明專利]一種超表面通信系統(tǒng)、超表面相位調(diào)整方法及調(diào)整系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011038462.4
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112492512B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋令陽;張舒航;張泓亮;邸博雅
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04B7/08
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 崔玥

1.一種超表面通信系統(tǒng)，其特征在于，包括：透反射超表面以及基站；

所述透反射超表面、所述基站以及用戶之間具有通信鏈路；所述通信鏈路包括直接鏈路、反射鏈路以及透射鏈路；所述直接鏈路為所述基站直接傳輸至用戶的通信鏈路；所述反射鏈路為所述透反射超表面接收到所述基站的信號后反射至所述基站同一側(cè)的所述用戶的通信鏈路；所述透射鏈路為超表面接收到所述基站的信號后透射至所述基站另一側(cè)的所述用戶的通信鏈路；

透反射超表面包含多個超表面單元，所述超表面單元為可調(diào)相單元，每個所述單元可獨立設(shè)計其出射信號與入射信號相位差；多個所述單元聯(lián)合進(jìn)行波束賦形，將接收到的來自基站的信號定向透、反射到指定位置；

所述用戶可以通過所述直接鏈路接收到基站的直連信號；所述用戶接收到來自超平面的透/反射信號，可以對所述直連信號進(jìn)行增強，從而提升接收信號強度；

所述透反射超表面包括多個超表面單元，每一個所述超表面單元包括多個二極管，通過調(diào)節(jié)所述二極管的通斷，以調(diào)整每個所述超表面單元的相位，使得所述用戶通過所述通信鏈路接收到的多路信號的相位相同；

對于多用戶情況，多個用戶的總接收信號強度可以寫成關(guān)于每個單元相位設(shè)計的凸問題，并通過凸優(yōu)化處理工具求解獲得。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面通信系統(tǒng)，其特征在于，對于任一所述超表面單元，出射信號相比于入射信號的增益為：

其中，G為所述超表面單元的天線增益；K^A(m)為入射信號增益，m為超表面單元；為透射信號增益或反射信號增益，i為用戶，j為虛數(shù)單位；當(dāng)為透射信號增益時，g_m為透射信號的出射信號相比于入射信號的增益，當(dāng)為反射信號增益時，g_m為反射信號的出射信號相比于入射信號的增益；δ為單元面積；ψ_m為所述超表面單元的相位。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超表面通信系統(tǒng)，其特征在于，

當(dāng)為透射信號增益時，其中，為用戶i的出射信號與垂直于所述超表面單元的z軸的夾角；

當(dāng)為透射信號增益時，其中，ε為透射信號與反射信號的功率比。

4.一種透反射超表面的相位調(diào)整方法，其特征在于，所述相位調(diào)整方法應(yīng)用于權(quán)利要求1-3任一項所述的超表面通信系統(tǒng)，所述相位調(diào)整方法包括：

獲取透反射超表面與基站的第一距離、所述透反射超表面與用戶的第二距離、以及所述基站與所述用戶的第三距離；

根據(jù)所述第一距離以及所述第二距離確定所述透反射超表面上任一超表面單元到達(dá)所述用戶的第一萊斯信道；所述第一萊斯信道包括反射鏈路上的萊斯信號以及透射鏈路上的萊斯信道；

根據(jù)所述第三距離確定直接鏈路上的第二萊斯信道；

根據(jù)所述第一萊斯信道以及所述第二萊斯信道確定多用戶的下行傳輸總速率；

根據(jù)所述第一距離、所述第二距離以及所述第三距離確定所述超表面單元的相位；

基于所述多用戶的下行傳輸總速率，利用分支定界法調(diào)整所述超表面單元的相位，以確定所述超表面單元的最優(yōu)相位，使得用戶接收的多路信號相位相同。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的透反射超表面的相位調(diào)整方法，其特征在于，所述根據(jù)所述第一距離以及所述第二距離確定所述透反射超表面上任一超表面單元到達(dá) 所述用戶的第一萊斯信道，具體包括：

根據(jù)所述第一距離以及第二距離確定傳統(tǒng)瑞利信道；

基于所述傳統(tǒng)瑞利信道，根據(jù)公式確定所述透反射超表面上任一超表面單元到達(dá) 所述用戶的第一萊斯信道；其中，h_m為第一萊斯信道；k為由傳播環(huán)境決定的常數(shù)；為傳統(tǒng)瑞利信道。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的透反射超表面的相位調(diào)整方法，其特征在于，所述根據(jù)所述第一萊斯信道以及所述第二萊斯信道確定多用戶的下行傳輸總速率，具體包括：

利用確定多用戶的下行傳輸總速率；其中，R_多為多用戶的下行傳輸總速率；N為總用戶數(shù)；n為當(dāng)前用戶編號；P為基站發(fā)射信號功率；h_n為用戶n的各信道之和；σ²為高斯噪聲功率。