基于帧结构无需信道信息的RIS辅助通信系统优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于帧结构无需信道信息的RIS辅助通信系统优化方法，其中帧结构包括RIS扫描子帧和通信子帧，RIS辅助的通信系统按照帧结构进行RIS编码优化和通信，包括：在RIS扫描子帧中，AP持续发送参考信号，RIS按顺序切换码本中的编码，UE测量编码下相应的接收信号强度信息并反馈给AP和RIS；在通信子帧中，RIS根据反馈的UE接收信号强度信息选择并保持使UE接收信号强度最大的编码，AP和UE进行数据通信。本发明专利技术以码本扫描方式进行RIS辅助通信系统优化，无需使用信道信息，具有复杂度低、可行性高的特点，并将RIS优化和通信过程嵌入帧结构中，可以与常用无线通信帧结构兼容。可以与常用无线通信帧结构兼容。可以与常用无线通信帧结构兼容。

【技术实现步骤摘要】
基于帧结构无需信道信息的RIS辅助通信系统优化方法


[0001]本专利技术涉及一种基于帧结构的无需信道信息的RIS辅助通信系统优化方法，属于无线通信


技术介绍

[0002]RIS(Reconfigurable Intelligent Suface，智能超表面)是一种新型电磁器件，它通常由一系列亚波长尺寸的人造电磁单元结构在二维平面内按规则排列构成。通过设计电磁单元的组成结构、尺寸以及排列方式，可以让RIS实现一些常规材料不具备的电磁响应。此外通过将可调的电子元件加入电磁单元，可以让RIS获得调控单元的电磁响应从而控制无线电波的能力，这种能力让RIS在无线通信领域引起了广泛关注。
[0003]无线通信技术依赖电磁波实现信息的传输，发送端将信息调制在无线电波上，经过无线信道传播由接收端接收。此前无线通信系统缺少对无线信道的控制能力，主要通过优化设计发送端和接收端的算法和技术来提高无线通信系统性能。RIS的提出为无线通信提供了新的自由度，可以通过RIS调控电磁波能力优化无线传播环境，从而改善无线通信系统性能。这种RIS辅助无线通信的技术关键在于合理设置RIS电磁单元阵列的可调元件的状态，即RIS单元阵列的编码。此前提出的RIS编码优化的方案大多需要对经过RIS单元的信道进行估计，但由于RIS单元数目众多，信道估计和反馈优化的复杂度很高，使得这些优化方案很难在实际应用中采用。因此我们需要设计一种复杂度低、可行性高的RIS辅助无线通信系统优化方法。

技术实现思路

[0004]技术问题：针对现有RIS辅助无线通信系统优化方法复杂度较高的问题，提供一种无需使用信道信息、复杂度低、可行性高的基于帧结构的RIS辅助通信系统优化方法，即一种基于帧结构无需信道信息的RIS辅助通信系统优化方法。
[0005]技术方案：本专利技术为解决上述技术问题采用一种基于帧结构无需信道信息的RIS辅助通信系统优化方法，所述智能超表面RIS辅助的通信系统按照帧结构进行RIS编码优化和通信，所述帧结构时长为T
frame
，包括时长为T
scan
的RIS扫描子帧和RIS扫描子帧后的时长为T
trans
的通信子帧，所述RIS用于改善接入点AP和用户终端UE的通信质量，所述优化方法步骤包括：
[0006]步骤一.在RIS扫描子帧，RIS按顺序切换码本中的编码，编码码本空间大小为N，每个编码持续时间为AP在各个编码的持续时间内发送相同的参考信号，UE测量N个编码下相应的接收信号强度信息，并将N个编码对应的接收信号强度信息反馈给AP和RIS；
[0007]步骤二.在通信子帧，根据UE反馈的接收信号强度信息选择码本中使UE接收信号强度最大的编码作为RIS最优编码，RIS在通信子帧的T
trans
时间内保持此最优编码，AP和UE进行数据通信。
[0008]所述RIS的编码码本采用方向图综合算法生成，使各个编码下的RIS具有不同方向
的反射波束。
[0009]所述方向图综合算法采用基于遗传算法的方向图综合方法。
[0010]所述接收信号强度信息为接收信号强度指示RSSI、信号与干扰加噪声比SNR、参考信号接收功率RSRP或参考信号接收质量RSRQ。
[0011]所述RIS辅助的通信系统按照帧结构持续循环进行RIS扫描和RIS编码优化，RIS根据最近一次反馈的UE接收信号强度信息进行RIS编码的优化。
[0012]有益效果：本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点：
[0013]1.复杂度低、可行性高。此前RIS辅助无线通信系统的优化大多需要对经过RIS单元的信道进行估计，由于RIS单元数目多，信道矩阵规模大，信道估计以及后续信道信息反馈复杂，造成这类优化方法复杂度高难以在实际应用中部署使用。而本专利技术以码本扫描方式进行RIS辅助通信系统优化，无需使用信道信息，只需要UE进行接收功率的测量和反馈即可实现RIS编码的优化，具有复杂度低、可行性高的特点。
[0014]2.可以与常用无线通信帧结构兼容。本专利技术基于帧结构对RIS辅助通信系统进行优化和通信，在RIS扫描子帧中系统完成RIS编码优化相关工作，在通信子帧中AP和UE即可进行正常通信。本专利技术的帧结构可以与常用无线通信帧结构兼容，只需要在常用无线通信帧结构中留出一个子帧用于RIS编码优化即可，容易在常用无线通信系统中部署使用。
附图说明
[0015]图1为本专利技术提供的RIS辅助通信系统的系统架构和优化方法示意图，其中图1a为在RIS扫描子帧RIS完成码本扫描的示意图，图1b为在通信子帧RIS选择最优编码的示意图。
[0016]图2为本专利技术提供的一种示例帧结构的示意图。
[0017]图3为本专利技术提供的一组示例编码及对应方向图的示意图。
[0018]图4为本专利技术提供的一个实施例测试场景的示意图。
[0019]图5为本专利技术提供的一个实施例的测试结果图。
具体实施方式
[0020]下面结合说明书附图对本专利技术的实施方式进行描述。
[0021]RIS辅助通信系统的系统架构如图1所示，系统主要包括AP、RIS和UE三部分。AP和UE利用无线信号进行通信，RIS可以为AP和UE提供一条信号反射路径，使通信系统在AP至UE的视距路径被阻挡或视距路径信道质量差的情况下，仍可利用RIS的信号反射路径保证通信或优化通信质量。
[0022]本专利技术的RIS辅助通信系统按照图1所示的帧结构进行RIS编码优化和通信，所述帧结构时长为T
frame
，包括时长为T
scan
的RIS扫描子帧和RIS扫描子帧后的时长为T
trans
的通信子帧，在RIS扫描子帧，RIS需要在T
scan
时间内完成码本中的N个编码的扫描。所述RIS用于改善接入点AP和用户终端UE的通信质量，所述优化方法步骤包括：
[0023]步骤一.如图1a所示，在RIS扫描子帧，AP持续发送参考信号，RIS按顺序切换码本中的编码，编码码本空间大小为N，每个编码持续时间为UE测量N个编码下相应的接收信号强度信息并反馈给AP和RIS；
[0024]步骤二.如图1b所示，在通信子帧，RIS根据反馈的UE接收信号强度信息选择并保持使UE接收信号强度最大的编码，AP和UE进行数据通信。
[0025]本专利技术所述帧结构可以和常用无线通信帧结构兼容，作为一个示例，一种与5G NR标准兼容的帧结构的示意图如图2所示。在该帧结构中，无线帧时长T
frame
＝10ms，每个无线帧包括10个1ms的子帧，每个子帧包括4个时隙，每个时隙又包括14个OFDM符号。该帧结构中每个无线帧包括40个时隙，其中第一个时隙作为RIS扫描子帧，即T
scan
＝0.25ms，剩余时隙用作通信，即T
trans
＝9.75ms。在无线帧的第一个时隙即RIS扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于帧结构无需信道信息的RIS辅助通信系统优化方法，其特征在于，所述智能超表面RIS辅助的通信系统按照帧结构进行RIS编码优化和通信，所述帧结构时长为T
frame
，包括时长为T
scan
的RIS扫描子帧和RIS扫描子帧后的时长为T
trans
的通信子帧，所述RIS用于改善接入点AP和用户终端UE的通信质量，所述优化方法步骤包括：步骤一.在RIS扫描子帧，RIS按顺序切换码本中的编码，编码码本空间大小为N，每个编码持续时间为AP在各个编码的持续时间内发送相同的参考信号，UE测量N个编码下相应的接收信号强度信息，并将N个编码对应的接收信号强度信息反馈给AP和RIS；步骤二.在通信子帧，根据UE反馈的接收信号强度信息选择码本中使UE接收信号强度最大的编码作为RIS最优编码，RIS在通信子帧的T
trans
...

【专利技术属性】
技术研发人员：金石，陈翔宇，唐万恺，周明勇，程强，崔铁军，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：