[發(fā)明專利]基于可重構(gòu)全息超表面天線的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)及方法

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• 申請日: 2021-09-03
• 公開（公告）號: CN113747453A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張雨童;鄧若琪;張浩波
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州腓腓科技有限公司
• 主分類號: H04W16/28
• 分類號: H04W16/28;H04B7/06;H04B7/08;H01Q1/24;H01Q1/36;H01Q15/00
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本發(fā)明公開了一種基于可重構(gòu)全息超表面天線的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)及方法，該多小區(qū)無線通信系統(tǒng)覆蓋C個小區(qū)；該多小區(qū)無線通信系統(tǒng)包括C個基站，且部分基站均裝有RHS天線；在每個小區(qū)中均安裝一個基站；其中，標定基站與標定基站所在小區(qū)內(nèi)的L個用戶進行通信；標定基站為C個基站中的任意基站。由于RHS天線具有功耗低，硬件成本低，輕薄，易于安裝等特點，且通過迭代算法優(yōu)化數(shù)字波束成形矩陣和全息波束成形矩陣，達到了最大化通信速率的目的，因此用RHS天線輔助多用戶實現(xiàn)通信功耗和硬件成本均低的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于可重構(gòu)全息超表面天線的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

為了實現(xiàn)無處不在的智能信息網(wǎng)絡，即將到來的第六代(6G)無線通信對天線技術(shù)提出更嚴格的要求，如容量增強和精確的波束控制。雖然廣泛使用的碟形天線和相控陣天線都有能力實現(xiàn)這些目標，但碟形天線和相控陣天線都存在著自身固有的缺陷，嚴重阻礙了碟形天線和相控陣天線的未來發(fā)展。具體而言，碟形天線需要沉重且昂貴的波束轉(zhuǎn)向機械裝置，相控陣天線高度依賴功率放大器，具有耗電功率大，移相電路復雜，移相器眾多的特點，尤其是在高頻波段，此特點更為突出。

因此，為了滿足未來6G無線系統(tǒng)中指數(shù)增長的移動設(shè)備的數(shù)據(jù)需求，現(xiàn)需要更經(jīng)濟更高效的天線技術(shù)。現(xiàn)有的天線技術(shù)中，全息天線作為一種小尺寸、低功耗的平面天線，以其低制造成本和低硬件成本的多波束控制能力受到越來越多的關(guān)注。具體地說，全息天線利用金屬貼片在表面構(gòu)建全息圖案，根據(jù)干涉原理記錄參考波和目標波之間的干涉。然后，參考波的輻射特性可以通過全息圖案來改變，以產(chǎn)生所需的輻射方向。

然而，隨著移動設(shè)備的爆炸性增長，傳統(tǒng)的全息天線面臨著巨大的挑戰(zhàn)，因為一旦全息圖案建立，傳統(tǒng)全息天線其輻射方向圖就固定了，因此無法滿足移動通信的需求。由于超材料的可控性，新興的RHS技術(shù)在改善傳統(tǒng)全息天線的不足方面顯示出極大的潛力。RHS天線是一種超輕薄的平面天線，該RHS天線表面嵌有許多超材料輻射單元。具體而言，由天線饋源產(chǎn)生的參考波以表面波的形式激勵RHS天線，使得基于印刷電路板(PCB)技術(shù)制造的擁有緊湊結(jié)構(gòu)的RHS天線成為可能。根據(jù)全息圖案，每個超材料輻射單元可以通過電控制參考波的輻射幅度來產(chǎn)生所需的輻射方向。因此，相比于傳統(tǒng)的碟形天線和相控陣天線，RHS天線無需重型機械運動裝置和復雜的移相電路就可以實現(xiàn)動態(tài)波束成形，可以大大節(jié)省天線制造成本以及功率損耗，同時其輕薄的結(jié)構(gòu)也十分便于安裝。

現(xiàn)有研究工作大致集中于RHS硬件組件設(shè)計和輻射方向控制上。然而，大多數(shù)研究僅證明了RHS實現(xiàn)動態(tài)多波束控制的可行性，目前還沒有工作研究RHS輔助下的多小區(qū)組網(wǎng)方法及系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于可重構(gòu)全息超表面天線的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)及方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種基于可重構(gòu)全息超表面天線的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)，所述多小區(qū)無線通信系統(tǒng)覆蓋C個小區(qū)；所述多小區(qū)無線通信系統(tǒng)包括C個基站，且部分所述基站均裝有RHS天線；在每個小區(qū)中均安裝一個所述基站；其中，標定基站與所述標定基站所在小區(qū)內(nèi)的L個用戶進行通信；所述標定基站為C個基站中的任意基站。

可選的，所述基站包括：

波束方向確定模塊，用于確定發(fā)射波束的方向；其中，L個用戶相對于所述基站的位置為所述基站所需發(fā)射波束的方向；

數(shù)字波束成形模塊，與所述波束方向確定模塊連接，用于預處理發(fā)射信號；

RHS天線，與所述數(shù)字波束成形模塊連接，用于進行全息波束成形。

可選的，所述RHS天線包括饋源、平行板波導以及超材料輻射單元陣列；所述超材料輻射單元陣列包括多個超材料輻射單元；所述超材料輻射單元陣列在所述平行板波導的表面上；