多用户环境下RIS基于多普勒分集的选择方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多用户环境下RIS基于多普勒分集的选择方法及系统，本发明专利技术方法包括以下步骤：获取多用户环境下的车联网系统中基站、RIS、各个用户的位置与移动速度信息；根据用户速度v

【技术实现步骤摘要】
多用户环境下RIS基于多普勒分集的选择方法及系统


[0001]本专利技术涉及多用户场景下车联网系统中基于智能反射表面的多普勒分集技术，特别涉及一种通过智能反射表面的选择算法来提高车联网系统多普勒分集增益的技术方案。

技术介绍

[0002]毫米波(mmWave)是5G移动通信系统的关键技术之一，通过利用mmWave频段上的大宽带，它能提供每秒千兆比特的通信数据速率。但mmWave信号的路径损耗很大。为了补偿mmWave系统的严重路径损耗，目前通常使用大规模天线阵列来实现显著的波束成形增益以进行数据传输。另一方面，高方向性使mmWave通信容易受到遮挡物的影响，而遮挡物在室内和密集的城市环境中大量存在。由于mmWave信号的波束宽度窄、穿透能力弱，遮挡物会严重地干扰链路。智能超表面(RIS)作为一种极具应用前景的绿色通信技术，可以在不大幅度增加能耗的情况下主动地调节入射信号的传播方向。RIS是由大量可重新配置的无源元件组成的平面阵列，其中每个元件都能够独立于信号产生一定的相移和实时配置反射参数，通过连接的智能控制器共同改变反射信号的传播，在视线链路受到障碍物干扰时，辅助网络建立可靠的链接。
[0003]虽然使用RIS能够改善通信质量，但在多用户的车联网通信的环境中，多普勒频偏会严重降低系统的信号检测质量，正因如此，多普勒频移现象成为了降低系统性能最主要的因素之一，在检测之前必须对系统频偏进行准确估计和有效补偿。通常，收发端的频率偏差主要由下面几个因素组成：载波频率偏移(Carrier Frequency Offset,CFO)、相位噪声(Phase Noise,PN)、采样频率偏移以及移动台的高速移动引起的多普勒效应。对于前三种因素，可以很容易的采用训练序列等方法进行估计与补偿，但高速移动引起的多普勒频移，其频率扩展或频率偏移是一个随机变量，且和不同的信道环境、不同的接收天线有关，所以目前技术并不能将其消除，现有技术仅仅是尽量降低其对通信系统的影响。而采用多普勒分集可以有效对抗多普勒扩展的影响，对于严重快衰落信道，收集并利用对应于不同多普勒频移的能量分量，从而增加信号能量，提高通信系统的性能。但是对于传统的多普勒分集方法，当信噪比较大时，系统性能会逐渐保持稳定，而在添加了匹配滤波预处理过程后，多普勒分集在信噪比较大时系统性能会进一步提高，降低多普勒扩展带来的性能损失。基于此，本专利技术提出了一种基于智能反射表面的多普勒分集方法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术提出了在多用户环境下基于智能反射表面的多普勒分集方法及系统，本专利技术所提出的智能反射表面选择方法可以在多用户场景下最大化系统的多普勒分集增益。
[0005]为了达到上述的目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0006]多用户环境下RIS基于多普勒分集的选择方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：获取多用户环境下的车联网系统中基站、RIS、各个用户的位置与移动速度
等信息。
[0008]步骤2：根据用户速度v
n
、信号波长λ与获取到的基站、RIS位置信息分别计算基站信号与各个用户直达经多普勒频移f
dnL
与RIS反射的多径信号的多普勒频移f
dnR
。
[0009]步骤3：将所得到的各个用户基站信号与RIS信号的多普勒频移求差值Δf
d
，并从中选择多普勒频移差Δf
d
最大的用户K。
[0010]步骤4：根据RIS与收发端的位置信息计算用户K的RIS系数Г，并将该系数配置到相应的RIS中。
[0011]作为优选，步骤2具体如下：假设基站坐标为(x,y)，RIS坐标为(x0,y0)，一共有N个用户，其中第n(1≤n≤N)个用户位置坐标为(x
n
,y
n
)，以速度v
n
沿着v＝(a
n
‑
x
n
,b
n
‑
y
n
)方向移动。则基站和第n个用户之间直达径的多普勒频移与经过RIS反射的多径的多普勒频移分别为：
[0012][0013][0014]其中λ为信号波长，θ
n1
、θ
n2
分别为基站和RIS与第n个用户移动方向之间的夹角，根据位置计算可得：
[0015][0016][0017]作为优选，步骤3具体如下：将所得到的各个用户基站与RIS的多普勒频移求差值，并从中选择多普勒频移差最大的用户K。即：
[0018][0019][0020]作为优选，步骤4具体如下：计算用户K的RIS系数Г，并将该系数配置到相应的RIS单元中。
[0021][0022]其中Г表示RIS相应单元的反射系数，A表示反射信号的幅度，表示使用RIS调整的相位，可以根据当前收发端和RIS的位置信息计算获得：
[0023][0024]本专利技术还公开了多用户环境下RIS基于多普勒分集的选择系统，包括以下模块：
[0025]获取信息模块：获取多用户环境下的车联网系统中基站、RIS、各个用户的位置与
移动速度信息；
[0026]计算多普勒频移模块：根据用户速度v
n
、信号波长λ与获取的基站、RIS位置信息分别计算基站信号与各个用户直达经多普勒频移f
dnL
与RIS反射的多径信号的多普勒频移f
dnR
；
[0027]选择用户模块：将所得到的各个用户基站信号与RIS信号的多普勒频移求差值Δf
d
，并从中选择多普勒频移差Δf
d
最大的用户K；
[0028]计算并配置系数模块：根据RIS与收发端的位置信息计算用户K的RIS系数Г，并将该系数配置到相应的RIS中。
[0029]优选的，计算多普勒频移模块具体如下：
[0030]假设基站坐标为(x,y)，RIS坐标为(x0,y0)，共有N个用户，其中第n(1≤n≤N)个用户位置坐标为(x
n
,y
n
)，以速度v
n
沿着v＝(a
n
‑
x
n
,b
n
‑
y
n
)方向移动，则基站和第n个用户之间直达径的多普勒频移与经过RIS反射的多径的多普勒频移分别为：
[0031][0032][0033]其中λ为信号波长，θ
n1
、θ
n2
分别为基站和RIS与第n个用户移动方向之间的夹角，根据位置计算得：
[0034][0035][0036]优选的，选择用户模块具体如下：将所得到的各个用户基站与RIS的多普勒频移求差值，并从中选择多普勒频移差最大的用户K，即：
[0037][0038][0039]优选的，计算并配置系数模块具体如下：计算用户K的RIS系数Г，并将该系数配置到相应的RIS单元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多用户环境下RIS基于多普勒分集的选择方法，其特征是包括以下步骤：步骤1：获取多用户环境下的车联网系统中基站、RIS、各个用户的位置与移动速度信息；步骤2：根据用户速度v
n
、信号波长λ与获取的基站、RIS位置信息分别计算基站信号与各个用户直达经多普勒频移f
dnL
与RIS反射的多径信号的多普勒频移f
dnR
；步骤3：将所得到的各个用户基站信号与RIS信号的多普勒频移求差值Δf
d
，并从中选择多普勒频移差Δf
d
最大的用户K；步骤4：根据RIS与收发端的位置信息计算用户K的RIS系数Г，并将该系数配置到相应的RIS中。2.如权利要求1所述多用户环境下RIS基于多普勒分集的选择方法，其特征是，步骤2具体如下：假设基站坐标为(x,y)，RIS坐标为(x0,y0)，共有N个用户，其中第n(1≤n≤N)个用户位置坐标为(x
n
,y
n
)，以速度v
n
沿着v＝(a
n
‑
x
n
,b
n
‑
y
n
)方向移动，则基站和第n个用户之间直达径的多普勒频移与经过RIS反射的多径的多普勒频移分别为：过RIS反射的多径的多普勒频移分别为：其中λ为信号波长，θ
n1
、θ
n2
分别为基站和RIS与第n个用户移动方向之间的夹角，根据位置计算得：置计算得：3.如权利要求2所述多用户环境下RIS基于多普勒分集的选择方法，其特征是，步骤3具体如下：将所得到的各个用户基站与RIS的多普勒频移求差值，并从中选择多普勒频移差最大的用户K，即：大的用户K，即：4.如权利要求3所述多用户环境下RIS基于多普勒分集的选择方法，其特征是，步骤4具体如下：计算用户K的RIS系数Г，并将该系数配置到相应的RIS单元中，其中，Г表示RIS相应单元的反射系数，A表示反射信号的幅度，表示使用RIS调整的相位，根据当前收发端和RIS的位置信息计算获得：
5.多用户环境下RIS基于多普勒分集的选择系...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾嵘，梁文龙，包建荣，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：