一种智能超表面辅助车联网信道传输特性的分析方法技术

本发明专利技术公开了一种智能超表面(Reconfigurable Intelligence Surface,RIS)辅助车联网信道传输特性的分析方法,通过分析RIS的物理属性(例如RIS的阵元数目、RIS的阵元排布形状)对于RIS辅助车联网信道空域非平稳传输特性造成的影响，以及讨论了移动发射端/移动接收端的运动方向对于信道时域非平稳传输特性造成的影响，对于评估RIS辅助车联网无线通信系统性能具有重要的指导意义和应用价值。值。值。

【技术实现步骤摘要】
一种智能超表面辅助车联网信道传输特性的分析方法


[0001]本专利技术涉及一种RIS辅助车联网无线通信的信道传输特性分析方法，属于无线通信


技术介绍

[0002]近年来，智能超表面(简称RIS)作为一种具有可编程电磁特性的人工电磁表面结构，主要由大量精心设计的电磁单元排列组成，通过控制电路可以动态地调控电磁单元的电磁性质，实现三维空间内无线信号传播特性的智能化重构，进而突破了传统无线环境被动适应的局限性，是未来6G中颇有前景的关键技术之一。本专利技术主要围绕RIS辅助车联网无线通信展开理论分析,深入研究无线信道模型,为相关领域的开发与设计提供理论基础。
[0003]近年来，国内外多个研究团队针对车联网无线通信信道展开理论研究。例如，美国南加州大学团队针对车联网通信场景，通过调整大量的信道参数，开展了大量的信道测量实验。结合测量数据指出：基于实测数据的路径损耗模型能够有效地用来描述实际的车联网无线通信环境。英国赫瑞瓦特大学团队通过在车联网无线通信场景中开展不同参数配置的信道测量实验，结合仿真结论指出基于实验测量数据的车联网无线信道模型能够有效地用来描述实际的高动态通信环境。北京邮电大学团队通过在车联网通信场景中开展信道测量实验，搭建了实时仿真信道平台,分析了车联网无线通信信道中的高动态传输特性；结合仿真结论指出：三维信道模型相比于二维信道模型可以更加准确地描述实际的移动通信环境。此外，东南大学团队结合统计信道建模方法，通过采用几何模型描述车联网通信环境，仿真不同参数配置下的非平稳传输特性。
[0004]基于上述车联网无线信道建模理论基础，后来国内外多个研究团队开展RIS辅助车联网无线通信信道建模理论与特性分析的研究。例如，新加坡国立大学团队通过引入经典的信道模型，通过优化模型参数，探索了RIS辅助车联网无线通信系统的性能。浙江大学团队针对多个RIS辅助车联网移动通信场景，提出了多种有效地信道估计算法，为探索系统性能提供理论支撑。上述的研究工作主要基于经典的RIS信道模型，因此只能说明算法适用于经典信道模型，若是在实际的移动通信环境，上述算法并非真实有用。因此，本专利技术为解决这一问题，提出一种RIS辅助车联网无线通信信道非平稳传输特性的分析方法,通过分析RIS的物理属性(例如RIS的阵元数目、RIS的阵元排布形状)对于RIS辅助车联网信道空域非平稳传输特性造成的影响，以及讨论了移动发射端/移动接收端的运动方向对于信道时域非平稳传输特性造成的影响，对于评估RIS辅助车联网无线通信系统性能具有重要的指导意义和应用价值。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对RIS辅助车联网无线通信传输特性分析不准确的问题，本专利技术提出一种RIS辅助车联网无线通信的信道传输特性分析方法，对于实现6G大宽带、高频谱复用以及全球低价无缝高速通信覆盖，具有重要的理论意义和应用价值。
[0006]技术方案：一种RIS辅助车联网无线通信的信道传输特性分析方法，包含以下步骤：
[0007]步骤S1：设置RIS辅助车联网无线通信场景，建立x
‑
y
‑
z直角坐标系；
[0008]步骤S2：在RIS辅助车联网无线信道中，发射端发出的信号经障碍物反射到达接收端时，计算发射端和接收端间的非直达传输路径长度；
[0009]步骤S3：在RIS辅助车联网无线信道中，发射端发出的信号经RIS作用到达接收端时，计算发射端和接收端间的传输路径长度；
[0010]步骤S4：基于步骤S1
‑
S3，在发射端经不同传输路径到达接收端时，计算其信道复冲激函数；
[0011]步骤S5：基于不同传输路径的信道复冲激函数式，分析RIS辅助车联网无线通信信道中的传输路径在空域和时域中的非平稳特性。
[0012]优选的，所述步骤S1中针对RIS辅助车联网无线通信场景，建立x
‑
y
‑
z直角坐标系，其中定义发射端天线阵列中点和接收端天线阵列中点的连线为x轴；结合右手准则，定义x轴在水平面上的垂直线为y轴；定义经过发射端天线阵列中点，且垂直于水平面的线为z轴
[0013]优选的，所述步骤S2中当发射端发出的信号经障碍物反射到达接收端时，假设发射端设置有P根天线，而接收端设置有Q根天线，计算发射端第p根(p＝1,2,...P)天线与接收端第q根(q＝1,2,...Q)天线间传输路径的复冲激函数计算为：
[0014][0015]其中，k
p
＝(P
‑
2p+1)/2，k
q
＝(Q
‑
2q+1)/2。参数δ
T
和δ
R
分别表示发射端和接收端任意两相邻天线的间距；ψ
T
和ψ
R
分别表示发射端和接收端天线阵列与x轴的夹角；D表示发射端天线阵列中点与接收端天线阵列中点之间的距离；R为接收端天线阵列中点到达散射边界的距离；角度参数和分别表示信号经障碍物中第k个(k＝1,2,...K)散射体反射到达接收端的到达水平角度和到达竖直角度，K表示障碍物中等效散射体的个数。
[0016]优选的，所述步骤S3中当发射端发出的信号经RIS作用到达接收端时，假设在RIS中水平方面和竖直方向分别布置有M和N个阵元，定义RIS阵列中点的距离向量为d
RIS
＝[x
RIS
,y
RIS
,z
RIS
]T
，则RIS中第(m,n)个(m＝1,2,...M，n＝1,2,...N)阵元的距离向量为d
m,n
＝[x
RIS
‑
m
x
d
x
+d
x
/2,y
RIS
,z
RIS
‑
m
z
d
z
+d
z
/2]T
。分别计算发射端第p根天线以及接收端第q根天线到达RIS中第(m,n)个阵元的传输距离为：
[0017]ξ
p,(m,n)
(δ
T
,δ
R
)＝[(x
RIS
‑
m
x
d
x
+d
x
/2
‑
k
p
δ
T
cosψ
T
)2+(y
RIS
‑
k
p
δ
T
sinψ
T
)2+(z
RIS
‑
m
z
d
z
+d
z
/2)2]1/2
[0018]ξ
q,(m,n)
(δ
T
,δ
R
)＝[(x
RIS
‑
m
x
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能超表面(Reconfigurable Intelligence Surface,RIS)辅助车联网信道传输特性的分析方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤S1：设置RIS辅助车联网无线通信场景，建立x
‑
y
‑
z直角坐标系；步骤S2：在RIS辅助车联网无线信道中，发射端发出的信号经障碍物反射到达接收端时，计算发射端和接收端间的非直达传输路径长度；步骤S3：在RIS辅助车联网无线信道中，发射端发出的信号经RIS作用到达接收端时，计算发射端和接收端间的传输路径长度；步骤S4：基于步骤S1
‑
S3，在发射端经不同传输路径到达接收端时，计算其信道复冲激函数；步骤S5：基于信道复冲激函数，建立信道矩阵H(t)；步骤S6：基于不同传输路径的信道复冲激函数式，分析RIS辅助车联网无线通信的空域和时域非平稳特性。2.如权利要求1所述的一种RIS辅助车联网无线通信的信道传输特性分析方法，其特征在于：所述步骤S1中针对RIS辅助车联网无线通信场景，建立x
‑
y
‑
z直角坐标系，其中定义发射端天线阵列中点和接收端天线阵列中点的连线为x轴；结合右手准则，定义x轴在水平面上的垂直线为y轴；定义经过发射端天线阵列中点，且垂直于水平面的线为z轴。3.如权利要求1所述的一种RIS辅助车联网无线通信的信道传输特性分析方法，其特征在于：所述步骤S2中当发射端发出的信号经障碍物反射到达接收端时，假设发射端设置有P根天线，而接收端设置有Q根天线，计算发射端第p根(p＝1,2,...P)天线与接收端第q根(q＝1,2,...Q)天线间传输路径的复冲激函数计算为：其中，k
p
＝(P
‑
2p+1)/2，k
q
＝(Q
‑
2q+1)/2。参数δ
T
和δ
R
分别表示发射端和接收端任意两相邻天线的间距；ψ
T
和ψ
R
分别表示发射端和接收端天线阵列与x轴的夹角；D表示发射端天线阵列中点与接收端天线阵列中点之间的距离；R为接收端天线阵列中点到达散射边界的距离；角度参数和分别表示信号经障碍物中第k个(k＝1,2,...K)散射体反射到达接收端的到达水平角度和到达竖直角度，K表示障碍物中等效散射体的个数。4.如权利要求1所述的一种RIS辅助车联网无线通信的信道传输特性分析方法，其特征在于：所述步骤S3中当发射端发出的信号经RIS作用到达接收端时，假设在RIS中水平方面和竖直方向分别布置有M和N个阵元，定义RIS阵列中点的距离向量为d
RIS
＝[x
RIS
,y
RIS
,z
RIS
]
T
，则RIS中第(m,n)个(m＝1,2,...M，n＝1,2,...N)阵元的距离向量为d
m,n
＝[x
RIS
‑
m
x
d
x
+d
x
/2,y
RIS
,z
RIS
‑
m
z
d
z
+d
z
/2]
T
。分别计算发射端第p根天线以及接收端第q根天线到达RIS中第(m,n)个阵元的传输距离为：ξ
p,(m,n)
(δ
T
,δ
R
)＝[(x
RIS
‑
m
x
d
x
+d
x
/2
‑
k
p
δ
T
cosψ
T
)2+(y
RI...

【专利技术属性】
技术研发人员：冒海微，
申请(专利权)人：冒海微，
类型：发明
国别省市：