基于IRS辅助的太赫兹MIMO无线通信信道建模方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于IRS辅助的太赫兹MIMO无线通信信道建模方法及装置，包括：获取发射功率、发射端各天线单元的第一位置信息、接收端各天线单元的第二位置信息及IRS反射面各反射单元的第三位置信息，计算发射端各天线单元与接收端各天线单元之间的第一距离、发射端各天线单元与IRS反射面各反射单元之间的第二距离及接收端各天线单元与IRS反射面各反射单元之间的第三距离；基于各第一距离确定第一信道增益，基于各第二距离确定第二信道增益，基于各第三距离确定第三信道增益；确定接收端各天线单元接收到的信号在传播路径上的相移矩阵；基于发射信号、发射功率、各信道增益及相移矩阵确定接收信号。该方法提高了无线通信信道模型的场景覆盖范围。型的场景覆盖范围。型的场景覆盖范围。

【技术实现步骤摘要】
基于IRS辅助的太赫兹MIMO无线通信信道建模方法及装置


[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种基于IRS辅助的太赫兹MIMO无线通信信道建模方法及装置。

技术介绍

[0002]由于VR/AR、全息投影、自动驾驶等数据密集型应用的兴起，以及大规模工业物联网与车联网对流量提出更高的要求，全球移动通信流量持续成指数型增长，ITU(the International Telecommunication Union，国际电信联盟)预测，到2030年，月流量可能达到5ZB。5G网络可能无法承担如此庞大的数据量，成本能耗以及设计复杂度方面存在不足。尽管当前已经使用了许多复杂的物理层技术，如自适应调制和编码、多载波信号、大规模MIMO系统、中继、波束形成等，但当前的无线系统已经达到了饱和的水平。下一代无线系统需要通过启用软件控制，在各个层进行彻底的变革以满足6G网络的需求，所以6G技术的研发已经成为一个热点问题。
[0003]传统的长距离传输补偿方式是中继，无线中继技术利用其无线接力功能，将无线信号从一个中继点接力传递到下一个中继点，达到扩大无线覆盖范围的效果。但是中继需要在重传放大的信号前处理接收到的信号，会引入天线噪声和自干扰。例如，当采用传统无线中继技术时，对于放大转发(AF)中继，用户间信道中的噪声也会被放大转发，当传输链路质量较差的时候，放大的噪声将直接影响接收端的判决。对于解码转发(DF)中继，转发时现需要解码和重编码，复杂度较高，并且在信道条件较差时，解码也会出现错误。对于压缩转发(CF)，仅适用于特殊网络，如双跳单向中继和钻石网络。为了缓解上述问题，现有技术中出现了IRS辅助的无线通信系统，即基站对IRS进行控制，调整其结构单元的幅度和相位，从而实现对基站发射信号有控制的反射，IRS通过控制传播环境扩大无线网络的覆盖范围，提高频谱利用率和能量效率。与传统中继通信相比，IRS可以工作在全双工模式下，具有更高的频谱效率，且中继需要配置有源天线元件才能产生新的中继信号，IRS带来的能量增益也远高于中继系统。IRS无需RF链路，不需要大规模供电，在功耗和部署成本上都具有优势，并且符合未来绿色通信要求。
[0004]而当前关于IRS的研究主要集中于传统微波与毫米波通信领域，且研究IRS辅助通信信道特征的工作仅基于SISO(单输入单输出)模型。而在实际通信场景中，现有的IRS辅助的SISO无线通信信道模型存在着场景覆盖范围较小的问题，因此，对于基于IRS的辅助的无线通信信道模型，如何提高无线通信信道模型的场景覆盖范围是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于IRS辅助的太赫兹MIMO无线通信信道建模方法及装置，以解决现有技术中存在的一个或多个问题。
[0006]根据本专利技术的一个方面，本专利技术公开了一种基于IRS辅助的太赫兹MIMO无线通信信道建模方法，所述方法包括：
[0007]获取发射功率、发射端各天线单元的第一位置信息、接收端各天线单元的第二位置信息以及IRS反射面各反射单元的第三位置信息，基于各所述第一位置信息、第二位置信息以及第三位置信息计算所述发射端各天线单元与接收端各天线单元之间的第一距离、所述发射端各天线单元与所述IRS反射面各反射单元之间的第二距离以及所述接收端各天线单元与所述IRS反射面各反射单元之间的第三距离；
[0008]基于各所述第一距离确定所述发射端与所述接收端之间的第一信道增益，基于各所述第二距离确定所述发射端与所述IRS反射面之间的第二信道增益，基于各所述第三距离确定所述接收端与所述IRS反射面之间的第三信道增益；
[0009]确定接收端各天线单元接收到的信号在传播路径上的相移矩阵；
[0010]基于发射端各天线单元的发射信号、所述发射功率、第一信道增益、第二信道增益、第三信道增益以及各所述相移矩阵确定接收端各接收单元的接收信号。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，接收端各接收单元的所述接收信号的计算公式为：
[0012][0013]其中，y代表接收信号，s代表发射信号，其中，y代表接收信号，s代表发射信号，β
sd
表示第一信道增益，β
sr
表示第二信道增益，β
rd
表示第三信道增益，E
MN
表示大小为M
×
N的单位矩阵，E
RM
表示大小为R
×
M的单位矩阵，E
RN
表示大小为R
×
N的单位矩阵，n表示高斯加性白噪声，Φ代表相移矩阵，p为发射功率。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，确定接收端各天线单元接收到的信号在传播路径上的相移矩阵，包括：
[0015]获取波长；
[0016]基于第二距离、第三距离以及所述波长确定所述相移矩阵。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，确定接收端各天线单元接收到的信号在传播路径上的相移矩阵，包括：
[0018]获取波长；
[0019]确定所述发射端与所述IRS反射面之间路径的第一方向向量，确定所述接收端与所述IRS反射面之间路径的第二方向向量；
[0020]确定IRS反射面各反射单元的第一向量；
[0021]基于所述波长、第一方向向量、第二方向向量、以及第一向量确定所述相移矩阵。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，相移矩阵其中，j为复数，r＝1,2
…
R，d
mr
表示发射端天线单元m与IRS反射面反射单元r之间的第二距离，d
rn
表示接收端天线单元n与IRS反射面反射单元r之间的第三距离，λ表示波长，m＝1,2
…
M，n＝1,2
…
N，R表示IRS反射面反射单元的数量，M表示发射端天线单元的数量，N表示接收端天线单元的数量。
[0023]在本专利技术的一些实施例中，相移矩阵其中，j为复数，r＝1,2
…
R，R表示IRS反射面反射单元的数量，τ
r
为第一向量，为第二单位表示向量，为第一单位表示向量，λ为波长。
[0024]在本专利技术的一些实施例中，所述方法包括：
[0025]所述第一信道增益的计算公式为：
[0026][0027]所述第二信道增益的计算公式为：
[0028][0029]所述第三信道增益的计算公式为：
[0030][0031]其中，G
S
为发射端天线增益，G
D
为接收端天线增益，M为发射端的天线单元的数量，N为接收端的天线单元的数量，R为IRS反射面的反射单元的数量，d
mn
表示发射端的天线单元m与接收端的天线单元n之间的距离，d
mr
表示发射端天线单元m与IRS反射面反射单元r之间的距离，d
rn
代表接收端天线单元n与IRS反射面反射单元r之间的距离，r＝1,2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于IRS辅助的太赫兹MIMO无线通信信道建模方法，其特征在于，所述方法包括：获取发射功率、发射端各天线单元的第一位置信息、接收端各天线单元的第二位置信息以及IRS反射面各反射单元的第三位置信息，基于各所述第一位置信息、第二位置信息以及第三位置信息计算所述发射端各天线单元与接收端各天线单元之间的第一距离、所述发射端各天线单元与所述IRS反射面各反射单元之间的第二距离以及所述接收端各天线单元与所述IRS反射面各反射单元之间的第三距离；基于各所述第一距离确定所述发射端与所述接收端之间的第一信道增益，基于各所述第二距离确定所述发射端与所述IRS反射面之间的第二信道增益，基于各所述第三距离确定所述接收端与所述IRS反射面之间的第三信道增益；确定接收端各天线单元接收到的信号在传播路径上的相移矩阵；基于发射端各天线单元的发射信号、所述发射功率、第一信道增益、第二信道增益、第三信道增益以及各所述相移矩阵确定接收端各接收单元的接收信号。2.根据权利要求1所述的一种基于IRS辅助的太赫兹MIMO无线通信信道建模方法，其特征在于，接收端各接收单元的所述接收信号的计算公式为：其中，y代表接收信号，s代表发射信号，其中，y代表接收信号，s代表发射信号，其中，y代表接收信号，s代表发射信号，β
sd
表示第一信道增益，β
sr
表示第二信道增益，β
rd
表示第三信道增益，E
MN
表示大小为M
×
N的单位矩阵，E
RM
表示大小为R
×
M的单位矩阵，E
RN
表示大小为R
×
N的单位矩阵，n表示高斯加性白噪声，Φ代表相移矩阵，p为发射功率。3.根据权利要求2所述的一种基于IRS辅助的太赫兹MIMO无线通信信道建模方法，其特征在于，确定接收端各天线单元接收到的信号在传播路径上的相移矩阵，包括：获取波长；基于第二距离、第三距离以及所述波长确定所述相移矩阵。4.根据权利要求2所述的一种基于IRS辅助的太赫兹MIMO无线通信信道建模方法，其特征在于，确定接收端各天线单元接收到的信号在传播路径上的相移矩阵，包括：获取波长；确定所述发射端与所述IRS反射面之间路径的第一方向向量，确定所述接收端与所述IRS反射面之间路径的第二方向向量；确定IRS反射面各反射单元的第一向量；基于所述波长、第一方向向量、第二方向向量、以及第一向量确定所述相移矩阵。5.根据权利要求3所述的一种基于IRS辅助的太赫兹MIMO无线通信信道建模方法，其特征在于，相移矩阵其中，j为复数，d...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卫民，杨雨晴，吴永乐，杨清华，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：