一种基于全息多址接入的协作多点传输方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于全息多址接入的协作多点传输方法及装置，包括：基站c将处理后的待发射信号上变频到载波频段后，从馈源打出；基于用户l的位置，调节各辐射单元的辐射振幅；使用得到的全息波束成形矩阵M

【技术实现步骤摘要】
一种基于全息多址接入的协作多点传输方法及装置


[0001]本专利技术涉及无线通信领域，具体为一种基于全息多址接入的协作多点传输方法及装置。

技术介绍

[0002]下一代无线通信期待提供高速数据服务，并支持大量移动设备的大规模网络接入。这种指数级增长的数据传输需求导致了大规模多输入多输出(MIMO)技术与大规模相控阵的出现。然而，相控阵的固有局限性严重阻碍了大规模MIMO系统的未来发展，因为相控阵的元件昂贵，如移相器和高功耗，特别是在高频段。此外，考虑到制造难度和辐射性能之间的权衡，相控阵的元件间距通常约为半个波长。因此，在大规模MIMO系统中由于相控阵尺寸过大的问题很难在实际工程中实现。
[0003]幸运的是，随着超材料的快速发展，超薄和轻量级全息天线的出现为克服相控阵的不足提供了一个有前途的解决方案。全息天线由众多超材料辐射单元紧凑排布而成，根据有效介质理论，单元间距不大于四分之一波长，全息天线的馈源嵌入在波导的底部产生电磁波，它们也被称为参考波，沿着波导传播。全息天线可利用超材料辐射元件根据全息干涉原理构建全息图，记录指向接收机的目标波与参考波之间的干涉。换句话说，一个全息图对应于一个所需的波方向。当参考波激发全息图时，各单元可控制参考波的辐射幅值，产生目标波束。

技术实现思路

[0004]为了克服现有的相控阵尺寸过大的问题，本专利技术提供一种基于全息多址接入的协作多点传输方法及装置，基于构造的码本，进行快速波束训练，从而在信道信息未知的情况下准确调控全息天线，实现无线通信。
[0005]本专利技术的
技术实现思路
包括：
[0006]一种基于全息多址接入的协作多点传输方法，适用于C个配备可重构全息超表面的基站与L个用户构成的通信系统，其步骤包括：
[0007]1)基站c将处理后的待发射信号上变频到载波频段后，从馈源打出；
[0008]2)基于用户l的位置，调节各辐射单元的辐射振幅并使用得到的全息波束成形矩阵M
c
，对馈源打出的电磁波进行全息波束成形；
[0009]3)发射全息波束成形后的电磁波，以使用户l获取信号。
[0010]进一步地，所述处理的方法包括：使用数字波束成形矩阵V
c
对待发射信号进行数字波束成形。
[0011]进一步地，通过以下步骤获取数字波束成形矩阵V
c
与全息波束成形矩阵M
c
：
[0012]1)构建一个最优化问题，其中待优化变量包括：数字波束成形矩阵和辐射振幅，最优化问题包括：最大化用户总传输速率；
[0013]2)保持辐射振幅不变，基于约束条件求解最优化问题，获取用户总传输
速率R
t
及相应的数字波束成形矩阵其中t为迭代次数；
[0014]3)保持数字波束成形矩阵不变，基于约束条件求解最优化问题，获取用户总传输速率R
′
t
及相应的全息波束成形矩阵
[0015]4)当用户总传输速率R
t
与用户总传输速率R
t+1
的差值小于预设阈值，将数字波束成形矩阵与全息波束成形矩阵分别作为数字波束成形矩阵V
c
与全息波束成形矩阵M
c
。
[0016]进一步地，用户总传输速率其中L为用户的数量，σ2为噪声功率，V
c，l
为数字波束成形矩阵V
c
的第l列，H
l
为基站与用户l之间的总信道矩阵。
[0017]进一步地，约束条件包括：和其中为每个超材料辐射单元的辐射振幅，2
I
为可调的离散幅度值的个数，P
T
为基站c的总功率，Tr表示矩阵的迹，表示数字波束成形矩阵V
c
的共轭转置。
[0018]进一步地，通过以下步骤获取数字波束成形矩阵
[0019]1)利用等式获取参数其中σ2为噪声功率，为的第l个对角元素，的第l个对角元素，表示信道信息H
c，L
的共轭转置；
[0020]2)计算功率其中表示第c个基站为第l个用户分配的最优功率；
[0021]3)获取矩阵
[0022]4)生成数字波束成形矩阵
[0023]进一步地，通过以下步骤获取全息波束成形矩阵
[0024]1)根据分式规划对总传输速率最优化问题进行改写，并利用MATLAB中的二次规划算法求解第t次迭代中的最优值，其中2
I
为可调的离散幅度值的个数；
[0025]2)若第t次迭代中的最优值都为整数，则根据第t次中的迭代最优直，计算第t次迭代中每个辐射单元的最优离散幅度值，以获取全息波束成形矩阵
[0026]若第t次迭代中的最优值不都为整数，则通过分支定界法进行优化，并根据优化后的值，计算第t次迭代中每个辐射单元的最优离散幅度值，以获取全息波束成形矩阵
[0027]一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行以上所述方法。
[0028]一种电子装置，包括存储器和处理器，其中存储器存储执行以上所述方法的程序。
[0029]本专利技术的有益效果是：
[0030](1)相比于传统的碟形天线体积大、笨重、后期维修费用高昂，全息天线尺寸小，制造使用PCB技术使其结构紧凑而轻薄，制造成本大大降低，易于直接安装在发射装置上。
[0031](2)全息天线功耗低，硬件成本低：传统天线依赖于大量的移相器控制每根天线中电磁波的相位，同时还需要大量功率放大器，因此，传统天线需要复杂的移相电路，且功率损耗大，硬件成本高。相比之下，全息天线则不需要移相器以及复杂的移相电路，通过调幅的方式完成波束控制，因此用全息天线进行无线通信功耗及硬件成本都很低。
附图说明
[0032]图1是全息天线示意图。
[0033]图2是基于全息多址接入的协作多点传输框架。
[0034]图3是混合波束成形设计框架。
[0035]图4是基于全息多址接入的协作多点传输方法仿真验证结果
具体实施方式
[0036]下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术特定实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]本专利技术基于全息天线的通信服务系统，包括C个装配有全息天线的基站(即发射装置)和L个用户。
[0038]如图1所示，全息天线是由馈源，波导，超材料辐射单元构成的一种新型天线。馈源嵌于天线底部发出携带发射信号的电磁波(也称作参考波)，电磁波直接打入波导上并沿着波导进行传播，超表面利用超材料辐射单元的辐射振幅构建全息图案，当携带发射信号的参考波激励可重构全息超表面上的全息图案时，每个辐射单元会根据参考波当前的相位控制参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于全息多址接入的协作多点传输方法，适用于C个配备可重构全息超表面的基站与L个用户构成的通信系统，其步骤包括：1)基站c将处理后的待发射信号上变频到载波频段后，从馈源打出；2)基于用户l的位置，调节各辐射单元的辐射振幅并使用得到的全息波束成形矩阵M
c
，对馈源打出的电磁波进行全息波束成形；3)发射全息波束成形后的电磁波，以使用户l获取信号。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理的方法包括：使用数字波束成形矩阵V
c
对待发射信号进行数字波束成形。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过以下步骤获取数字波束成形矩阵V
c
与全息波束成形矩阵M
c
：1)构建一个最优化问题，其中待优化变量包括：数字波束成形矩阵和辐射振幅，最优化问题包括：最大化用户总传输速率；2)保持辐射振幅不变，基于约束条件求解最优化问题，获取用户总传输速率R
t
及相应的数字波束成形矩阵其中t为迭代次数；3)保持数字波束成形矩阵不变，基于约束条件求解最优化问题，获取用户总传输速率R
′
t
及相应的全息波束成形矩阵4)当用户总传输速率R
t
与用户总传输速率R
t+1
的差值小于预设阈值，将数字波束成形矩阵与全息波束成形矩阵分别作为数字波束成形矩阵V
c
与全息波束成形矩阵M
c
。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，用户总传输速率其中L为用户的数量，σ2为噪声功率，V
c,l
为数字波束成形矩阵V
c
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雨童，邓若琪，张浩波，
申请(专利权)人：杭州腓腓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：