一种基于可重构全息超表面的无线通信装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113726385A(43)申请公布日2021.11.30(21)申请号202111002290.X(22)申请日2021.08.30(71)申请人杭州腓腓科技有限公司地址311215浙江省杭州市萧山区经济技术开发区建设二路666号信息港六期7幢201-19室(72)发明人邓若琪张雨童张浩波(51)Int.Cl.H04B7/06(2006.01)H04B7/08(2006.01)H01Q15/00(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图4页(54)发明名称一种基于可重构全息超表面的无线通信装置及方法(57)摘要本发明公开了一种基于可重构全息超表面的无线通信装置及方法。该装置包括：基带单元、数模转换单元、发射机射频单元、模数转换单元、接收机射频单元、三端口路由选择装置和可重构全息超表面；可重构全息超表面包括：馈源、波导和基于二极管的可重构超材料辐射单元阵列。上述方法包括：构建用户总传输速率最大化问题；求解用户总传输速率最大时对应的目标数字波束成形矩阵以及目标全息波束成形矩阵；分别基于目标数字波束成形矩阵和目标全息波束成形矩阵进行数字波束成形以及对可重构超材料辐射单元对应二极管的调控；将数字波束成形后的信号编码后输入可重构全息超表面的馈源中。本发明实现了基于可重构全息超表面的无线通信。CN113726385ACN113726385A权利要求书1/2页1.一种基于可重构全息超表面的无线通信装置，其特征在于，包括：基带单元、数模转换单元、发射机射频单元、模数转换单元、接收机射频单元、以及可重构全息超表面；所述可重构全息超表面包括：馈源、波导以及位于所述波导上的可重构超材料辐射单元阵列；基站发送的信号依次经所述基带单元、数模转换单元、发射机射频单元以及可重构全息超表面发射至各用户，可重构全息超表面接收到的信号依次经所述接收机射频单元、所述模数转换单元以及所述基带单元到达基站。2.根据权利要求1所述的基于可重构全息超表面的无线通信装置，其特征在于，所述可重构超材料辐射单元阵列为基于二极管的可重构超材料辐射单元阵列。3.根据权利要求1所述的基于可重构全息超表面的无线通信装置，其特征在于，还包括三端口路由选择装置，所述可重构全息超表面通过所述三端口路由选择装置与所述发射机射频单元以及所述接收机射频单元相连接。4.根据权利要求3所述的基于可重构全息超表面的无线通信装置，其特征在于，所述三端口路由选择装置为环形器。5.一种基于可重构全息超表面的无线通信方法，其特征在于，应用于权利要求1‑4任一项所述的基于可重构全息超表面的无线通信装置，所述基于可重构全息超表面的无线通信方法包括：基于数字波束成形矩阵以及全息波束成形矩阵，构建用户总传输速率最大化问题；所述全息波束成形矩阵为可重构全息超表面中超材料辐射单元阵列对应的辐射振幅矩阵；求解所述用户总传输速率最大化问题，得到用户总传输速率最大时对应的数字波束成形矩阵以及全息波束成形矩阵，分别记为目标数字波束成形矩阵以及目标全息波束成形矩阵；基于所述目标数字波束成形矩阵对基站信号进行数字波束成形；所述基站信号为基站发送给用户的信号；基于所述目标全息波束成形矩阵，对可重构全息超表面各可重构超材料辐射单元对应的二极管进行调控；对数字波束成形后的信号进行编码，并将编码后的信号输入可重构全息超表面的馈源中，馈源发出的信号经过调控后的可重构超材料辐射单元实现全息波束成形。6.根据权利要求5所述的基于可重构全息超表面的无线通信方法，其特征在于，所述基于数字波束成形矩阵以及全息波束成形矩阵，构建用户总传输速率最大化问题，具体包括：构建用户总传输速率最大化问题其中，V表示数字波束成形矩阵，V是大小为K×L的数字波束成形矩阵，Vl是V的第l列，对应用户l，W表示全息波束成形矩阵，K表示可重构全息超表面上馈源的数量，M表示可重构超材料辐射单元的行数，N表示可重构超材料辐射单元的列数，Fl表示基站与每个用户l之间的总信道矩阵，l'为用户序号，不同2CN113726385A权利要求书2/2页2于用户l的用户称为用户l'，PT为总发射功率，σ为噪声功率，I为离散幅值比特数。7.根据权利要求6所述的基于可重构全息超表面的无线通信方法，其特征在于，所述求解所述用户总传输速率最大化问题，得到用户总传输速率最大时对应的数字波束成形矩阵以及全息波束成形矩阵，具体包括：S1，保持全息波束成形矩阵不变，求解功率分配问题，推导出数字波束成形矩阵；S2，给定推导出数字波束成形矩阵，优化全息波束成形矩阵，并确保所述全息波束成形矩阵在设定范围之内；重复S1和S2，直到两次相邻的迭代的用户总传输速率的差值小于预设的阈值。8.根据权利要求7所述的基于可重构全息超表面的无线通信方