一种分布式可重构智能表面辅助的海上通信方法技术

本发明专利技术涉及海上无线通信技术领域，特别涉及一种分布式可重构智能表面辅助的海上通信方法，包括：多个配置可重构智能表面的高空平台在岸基基站和终端船舶设备之间随机分布式布设；基站依据净能量效率最大准则选择一组可重构智能表面，在确定最优的一组可重构智能表面后，岸基基站端和终端船舶设备同时向所选的可重构智能表面发送正交导频进行信道估计，在获取信道状态信息后对所选的一组可重构智能表面相位进行调整，最后从岸基基站通过可重构智能表面辅助的海上通信系统发送数据信号给终端船舶设备。本发明专利技术通过对多个可重构智能表面进行调度协助海上中继系统进行通信，进一步增强了海上通信系统净能量效率，具有低成本，低能耗以及高速率等优点。低能耗以及高速率等优点。低能耗以及高速率等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式可重构智能表面辅助的海上通信方法


[0001]本专利技术涉及海上无线通信
，特别是涉及一种分布式可重构智能表面辅助的海上通信方法。

技术介绍

[0002]可重构智能表面被认为是6G通信技术中最有潜力的技术之一，它是由大量无源、低成本以及可调的反射元件组成的平面，每个反射元件都可以使无线传播环境可编程和可调控。通过动态调整可重构智能表面每个元件的反射振幅和相移，使其反射的信号相位能够同相或反向，从而减轻其向不期望的方向反射产生的共信道干扰。
[0003]由于海上无线信号传播环境复杂，岸基基站有时难以建立与中继船舶和船舶终端用户之间的直接链路，为此将可重构智能表面结合到当前海上无线通信系统，智能调控可重构智能表面来改变海上传播环境，可提高海上覆盖范围，同时进一步克服通过海上两径信道通信出现的深衰落现象。与此同时，多个可重构智能表面辅助的无线通信系统的性能在一定程度上比单个可重构智能表面辅助的无线通信系统性能好，因为其可以提供多个反射链路来增强接收到的信号强度，并且分布在不同位置的可重构智能表面可以提供灵活的通信链路。虽然将多个可重构智能表面结合到海上中继无线通信系统中能提高系统性能，但是这也增加了获取信道状态信息所带来的导频开销。除此之外，能耗问题作为下一代通信的热点在海上通信系统中同样十分重要。面对这些挑战，本申请需要设计一种分布式可重构智能表面辅助的海上中继通信方法来减少导频开销以及能耗给系统性能带来的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，而提出的一种分布式可重构智能表面辅助的海上通信方法，用于提高导频开销影响下的净能量效率的大小。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提出的一种分布式可重构智能表面辅助的海上通信方法，包括如下步骤：
[0006]步骤201、多个挂有可重构智能表面的无人机、热气球等高空平台在岸基基站，海上中继船舶以及终端船舶设备周围随机布设。岸基基站和高空平台的位置由GPS获得已知，海上中继船舶以及终端船舶设备自带AIS；岸基基站无法通过直接链路与海上中继船舶和终端船舶设备通信，岸基基站通过高空平台的可重构智能表面与海上中继船舶和终端船舶设备存在级联信道；
[0007]步骤202、岸基基站、高空平台以及终端船舶设备将位置信息发送给海上中继船舶，海上中继船舶端根据获取的位置信息，计算出海上中继船舶与所有配备可重构智能表面的高空平台间的距离，并将距离按照从小到大排序，海上中继船舶端可以选择通信的可重构智能表面排序集合为：S
R
＝{RIS1,...,RIS
M
}；
[0008]步骤203、海上中继船舶端根据净能量效率最大准则，选择一组最优的可重构智能表面L
R
；
[0009]步骤204、海上中继船舶端选择高空平台中最优的一组可重构智能表面后，岸基基站端和终端船舶设备同时向所选的可重构智能表面发送正交导频进行信道估计；
[0010]步骤205、海上中继船舶端和岸基基站估计到信道状态信息后，岸基基站通过可重构智能表面控制器对所选的一组可重构智能表面相位进行调整，岸基基站发送数据信号给终端船舶设备；
[0011]步骤206、若终端船舶设备、高空平台以及海上中继船舶的位置改变，则需重新获取位置信息并计算系统的净能量效率，转步骤202。
[0012]优选地，所述步骤202中，海上中继船舶端根据获取的位置信息，计算出海上中继船舶与所有配备可重构智能表面的高空平台间的距离，并将距离按照从小到大排序；对于第m个可重构智能表面辅助的通信系统，其净能量效率可以表示为：其中T为信道相干时间，N为可重构智能表面的元件个数，γ
Rm
和γ
Dm
分别为海上中继船舶端和终端船舶设备端的信噪比，P
m
为系统总功耗，海上中继船舶端信噪比的数学期望可以近似表示为：其中和分别为岸基基站端到第m个可重构智能表面的距离以及第m个可重构智能表面到海上中继船舶端的距离，α为路径损失指数；终端船舶设备信噪比的数学期望可以近似表示为：舶端的距离，α为路径损失指数；终端船舶设备信噪比的数学期望可以近似表示为：和分别为岸基基站端到第m个可重构智能表面的距离，海上中继船舶端到第m个可重构智能表面的距离，以及第m个可重构智能表面到船舶用户中终端的距离。表示从岸基基站端到第m个可重构智能表面再到终端船舶设备的近似信噪比，表示海上中继船舶端到第m个可重构智能表面再到终端船舶设备的近似信噪比。对于同一个可重构智能表面，要达到系统净能量效率的最大，则有
[0013]优选地，所述步骤203中，选择一组最优的可重构智能表面的步骤为：
[0014]步骤301、当m＝1时，初始可重构智能表面集合可以表示为：L
R
＝{RIS1}；选择集合L
R
中的距离中继船舶最近的可重构智能表面辅助通信，海上中继船舶端算出此时系统的净能量效率η，其中净能量效率可以表示为：其中P
tol
为系统总功耗，可以表示为：这里的P
B
和P
R
为岸基基站端和海上中继船舶端的发送功率，和为岸基基站、海上中继船舶和终端船舶设备的电路功耗，代表排序集合中第1个可重构智能表面中第n个反射元件的功耗。
[0015]步骤302、按照顺序依次在集合中往下选择可重构智能表面RIS
m
，m＝m+1，此时海上中继船舶端所选的可重构智能表面集合为：计算出此时所选多个可重构智能表面辅助海上系统的净能量效率其中净能量效率可以表示为
其中为系统总功耗，可以表示为：其中为集合中可重构智能表面的个数，代表排序集合中第m个可重构智能表面中第n个反射元件的功耗，和分别为此时海上船舶中继端和终端船舶设备端的信噪比。
[0016]步骤303、将步骤302计算出来的净能量效率值与前一轮计算的净能量效率值进行比较，如果对比净能量效率值不再增加，则结束此计算过程，否则将当前计算结果和所选可重构智能表面替换前一轮结果，即：和返回步骤302。
[0017]优选地，所述步骤204中，海上中继船舶端选择出最优的一组可重构智能表面后，岸基基站端和终端船舶设备同时向所选的可重构智能表面发送正交导频进行信道估计：
[0018]步骤401、岸基基站和终端船舶设备分时隙发送导频信号，可重构智能表面控制器控制集合L
R
中的可重构智能表面依次打开反射元件；
[0019]步骤402、可重构智能表面控制器控制打开集合L
R
中第一块可重构智能表面的第一个反射元件，第一个反射元件的振幅为1，相位为0，导频信号经过集合L
R
的可重构智能表面上的第一个反射元件分别反射到海上中继船舶端，岸基基站端和终端船舶设备端；海上中继船舶端同时通过最小均方误差方法估计出该相干时间下的岸基基站与海上中继船舶之间以及海上中继船舶与终端船舶设备之间的级联信道，岸基基站端和终端船舶设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式可重构智能表面辅助的海上通信方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤201、多个挂有可重构智能表面的无人机、热气球高空平台在岸基基站，海上中继船舶以及终端船舶设备周围随机布设；岸基基站和高空平台的位置由GPS获得已知，海上中继船舶以及终端船舶设备自带AIS；岸基基站无法通过直接链路与海上中继船舶和终端船舶设备通信，岸基基站通过高空平台的可重构智能表面与海上中继船舶和终端船舶设备存在级联信道；步骤202、岸基基站、高空平台以及终端船舶设备将位置信息发送给海上中继船舶，海上中继船舶端根据获取的位置信息，计算出海上中继船舶与所有配备可重构智能表面的高空平台间的距离，并将距离按照从小到大排序，海上中继船舶端选择通信的可重构智能表面排序集合为：S
R
＝{RIS1,...,RIS
M
}；步骤203、海上中继船舶端根据净能量效率最大准则，选择一组最优的可重构智能表面L
R
；步骤204、海上中继船舶端选择高空平台中最优的一组可重构智能表面后，岸基基站端和终端船舶设备同时向所选的可重构智能表面发送正交导频进行信道估计；步骤205、海上中继船舶端和岸基基站估计到信道状态信息后，岸基基站通过可重构智能表面控制器对所选的一组可重构智能表面相位进行调整，岸基基站发送数据信号给终端船舶设备；步骤206、若终端船舶设备、高空平台以及海上中继船舶的位置改变，则需重新获取位置信息并计算系统的净能量效率，转步骤202。2.根据权利要求1所述的一种分布式可重构智能表面辅助的海上通信方法，其特征在于：所述步骤202中，对于第m个可重构智能表面辅助的通信系统，其净能量效率表示为：其中T为信道相干时间，N为可重构智能表面的元件个数，γ
Rm
和γ
Dm
分别为海上中继船舶端和终端船舶设备端的信噪比，P
m
为系统总功耗，海上中继船舶端信噪比的数学期望近似表示为：其中和分别为岸基基站端到第m个可重构智能表面的距离以及第m个可重构智能表面到海上中继船舶端的距离，α为路径损失指数；终端船舶设备端信噪比的数学期望近似表示为：的距离，α为路径损失指数；终端船舶设备端信噪比的数学期望近似表示为：和分别为岸基基站端到第m个可重构智能表面的距离，海上中继船舶端到第m个可重构智能表面的距离，以及第m个可重构智能表面到船舶用户中终端的距离；表示从岸基基站端到第m个可重构智能表面再到终端船舶设备的近似信噪比，表示海上中继船舶端到第m个可重构智能表面再到终端船舶设备的近似信噪比；对于同一个可重构智能表面，要达到系统净能量效率的最大，则有3.根据权利要求1所述的一种分布式可重构智能表面辅助的海上通信方法，其特征在于：所述步骤203中，选择一组最优的可重构智能表面的步骤为：步骤301、当m＝1时，初始可重构智能表面集合表示为：L
R
＝{RIS1}；选择集合L
R
中的距
离中继船舶最近的可重构智能表面辅助通信，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙强，纪晓迪，钱盼盼，胡琪，杨永杰，陈晓敏，黄勋，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：