[發(fā)明專利]基于可重構(gòu)全息超表面的非正交多址接入通信方法和系統(tǒng)

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• 申請日: 2021-09-07
• 公開（公告）號: CN113765565A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧若琪;張雨童;張浩波
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州腓腓科技有限公司
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04B7/0426;H01Q15/00
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本發(fā)明涉及一種基于可重構(gòu)全息超表面的非正交多址接入通信方法和系統(tǒng)。該基于可重構(gòu)全息超表面的非正交多址接入通信方法，在根據(jù)非正交多址接入技術(shù)確定每個用戶的通信數(shù)據(jù)速率后，基于每個用戶的所述通信數(shù)據(jù)速率構(gòu)建用戶數(shù)據(jù)總速率的初始問題模型，然后，引入輔助變量將用戶數(shù)據(jù)總速率的所述初始問題模型確定為用戶數(shù)據(jù)總速率最大化問題模型，最后，采用數(shù)學(xué)迭代法基于所述用戶數(shù)據(jù)總速率最大化問題模型確定功率分配方案和全息波束成形方案，以對基站和用戶通信過程中的通信功率和波束成形進行最優(yōu)控制，進而使得基站和用戶間的通信總速率達到最大。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于可重構(gòu)全息超表面的非正交多址接入通信方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

為了實現(xiàn)無處不在的智能信息網(wǎng)絡(luò)，即將到來的第六代(6G)無線通信對天線技術(shù)提出了嚴(yán)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(biāo)，但它們都存在著自身固有的缺陷，嚴(yán)重阻礙了它們的未來發(fā)展。具體而言，碟形天線需要沉重而昂貴的波束轉(zhuǎn)向機械，而相控陣高度依賴功率放大器，耗電功率大，移相電路復(fù)雜，移相器眾多，尤其是在高頻波段。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，需要更經(jīng)濟高效的天線技術(shù)。在現(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(biāo)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是一種超輕薄的平面天線，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，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成為可能。根據(jù)全息圖案，每個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無需重型機械運動裝置和復(fù)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。

在與正交多址接入方案中一個子信道只能分配給一個用戶，但是非正交多址接入(NOMA)方案中多個用戶可以同時共享同一個子信道，這也導(dǎo)致在每個子信道上產(chǎn)生嚴(yán)重的用戶間干擾。為了解決這個問題，可以在終端用戶接收機處應(yīng)用各種多用戶檢測技術(shù)，例如串行干擾消除來解碼接收到的信號。通過發(fā)射端的功率域復(fù)用和接收端的串行干擾消除，NOMA可以獲得比正交多址方案更大的容量區(qū)域。

而現(xiàn)有通信方案并未公開將RHS和NOMA進行結(jié)合的相關(guān)內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于可重構(gòu)全息超表面的非正交多址接入通信方法和系統(tǒng)，以在填補現(xiàn)有技術(shù)通信方案空白的同時，能夠使通信裝置的通信總速率達到最大。

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)全息超表面的非正交多址接入通信方法，應(yīng)用于包括有可重構(gòu)全息超表面的基站和用戶間的通信；所述基于可重構(gòu)全息超表面的非正交多址接入通信方法包括：

根據(jù)非正交多址接入技術(shù)確定每個用戶的通信數(shù)據(jù)速率；

基于每個用戶的所述通信數(shù)據(jù)速率構(gòu)建用戶數(shù)據(jù)總速率的初始問題模型；

引入輔助變量將用戶數(shù)據(jù)總速率的所述初始問題模型確定為用戶數(shù)據(jù)總速率最大化問題模型；

采用數(shù)學(xué)迭代法基于所述用戶數(shù)據(jù)總速率最大化問題模型確定功率分配方案和全息波束成形方案。

優(yōu)選地，所述根據(jù)非正交多址接入技術(shù)確定每個用戶的通信數(shù)據(jù)速率，具體包括：