宽带毫米波通信优化方法、通信控制装置和通信系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种一种宽带毫米波通信优化方法、通信控制装置和通信系统，属于无线通信技术领域，所述宽带毫米波通信优化方法包括对智能反射面的相移矩阵进行优化，具体包括：计算智能反射面接收矩阵Φ

【技术实现步骤摘要】
宽带毫米波通信优化方法、通信控制装置和通信系统


[0001]本专利技术属于无线通信
，更具体地，涉及一种宽带毫米波通信优化方法、通信控制装置和通信系统。

技术介绍

[0002]随着互联设备的增加，通信网络对高数据传输速率的需求也爆炸式增长。与此同时，新兴产业(例如虚拟增强现实，工业互联网，智慧城市)的发展也对未来第六代移动通信(6th Generation Mobile Communication，6G)网络的数据传输速率提出了更大的挑战。为了进一步提升数据传输速率，满足上述发展需求，毫米波的使用成为了必然趋势。毫米波是指波长在1
‑
10mm，频率在30
‑
300GHz的电磁波。毫米波频段可以提供数GHz的带宽，与仅提供几十MHz的6GHz以下频段的电磁波相比，具有极大的提高通信系统数据传输速率的潜能。
[0003]智能反射面由于低制造成本，低功耗，可编程等特性，成为毫米波波束成形的核心技术之一。智能反射面由大量可重构反射单元组成，每个反射单元都可以独立地对入射信号的相位和幅度进行配置。智能反射面可以在智能控制器的调控下，对每个反射单元进行调制，从而引入一个反射波束成形。此外，智能反射面还能解决发送端和接收端之间信道完全阻塞的问题，将智能反射面布置在发送端和接收端之间合适的位置，创建视距信道或者短距离的非视距信道，提高通信质量。由于智能反射面是无源结构的器件，其反射单元只对入射信号进行被动反射，能耗较低。
[0004]毫米波MIMO(Multiple
‑
Input Multiple
‑
Output)系统的大天线数量和高传输带宽会导致波束斜视。具体而言，就是波束的空间方向会随着频率改变，从而导致每一路子载波的传输信道都位于不同的子空间。而传统智能反射面波束成形中将所有子载波的频率视作相同，会导致严重的性能损失。因此，针对宽带场景下毫米波波束斜视进行专门的波束成形算法设计尤为重要。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种宽带毫米波通信优化方法、通信控制装置和通信系统，其目的在于解决由于波束斜视导致性能降低的技术问题。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种宽带毫米波通信优化方法，用于对宽带毫米波通信系统进行优化，所述宽带毫米波通信系统，包括基站、G个智能反射面、U个单天线用户，基站端配备了N
t
根天线，每个智能反射面具有M个元素，智能反射面的每个元素都是可设置的移相器，G＞1；所述优化方法包括对智能反射面的相移矩阵进行优化，具体包括：
[0007]计算智能反射面接收矩阵Φ
r
＝diag[Φ
1，r
，Φ
2,r
，...，Φ
G，r
]，Φ
g，r
表示第g个智能反射面的接收矩阵，Φ
g，r
＝diag[Φ
g，r，1
，Φ
g，r，2
，...，Φ
g，r，M
]，Φ
g，r，m
表示第g个智能反射面的第m个元素，接收矩阵Φ
r
中，第gm行第gm列的对角元素
[0008]计算智能反射面发射矩阵Φ
t
＝diag[Φ
1，t
，Φ
2,t
，...，Φ
G，t
]，Φ
g,t
表示第g个智能反射面的发射矩阵，Φ
g，t
＝diag[Φ
g，t，1
，Φ
g，t，2
，...，Φ
g,t,M
]，Φ
g，t，m
表示第g个智能反射面的第m个元素，发射矩阵Φ
t
中，其中第gm行第gm列的对角元素
[0009]计算智能反射面的相移矩阵Φ＝Φ
t
Φ
r
；
[0010]式中，g＝1,2,3，......，G，m＝1,2,3，......，M，n为任意整数，θ
BR,g
表示中心子载波在第g个智能反射面处的到达角，为GM*GM酉矩阵；表示对酉矩阵V第gm行第1列的元素所提取的相位；
[0011]其中，酉矩阵V的确定方法为方法一或方法二：
[0012]方法一：确定智能反射面与用户之间的平均信道矩阵K为子载波的数量，h
RU，u，k
表示在第k路子载波上，智能反射面与第u个用户之间的信道矩阵；对平均信道矩阵进行奇异值分解以作为酉矩阵
[0013]方法二：确定第k路载波上的智能反射面与第u个用户之间的信道协方差矩阵R
u，k
；计算统计信道矩阵K为子载波的数量；对统计信道矩阵R
MCCM
进行奇异值分解以作为酉矩阵
[0014]在其中一个实施例中，信道协方差矩阵
[0015]在其中一个实施例中，还包括对预编码进行优化，具体包括：
[0016]计算第k路子载波上基站经智能反射面到达第p个用户的等效信号矩阵：h
eq，p，k
＝h
RU，p，k
ΦH
BR，k
，式中，H
BR，k
表示第k路子载波上基站与智能反射面之间的信道；
[0017]计算相关矩阵
[0018]对每个相关矩阵R
eq，p，k
，p≠u进行奇异值分解得到矩阵
[0019]构建第k路子载波上基站经智能反射面到达第u个用户的扩展信道矩阵
[0020]对扩展信道矩阵进行奇异值分解得到矩阵
[0021]确定第u个用户的等效单用户信道相关矩阵
[0022]对相关矩阵进行奇异值分解
[0023]得到矩阵
[0024]计算第u个用户在第k路子载波上的预编码矩阵
[0025]在其中一个实施例中，基站发射天线数量和用户数据满足N
t
≥(U
‑
1)。
[0026]按照本专利技术的另一方面，提供了一种宽带毫米波通信控制装置，用于设置智能反射面的相移矩阵，所述相移矩阵为基于上述的宽带毫米波通信优化方法所得的智能反射面的相移矩阵。
[0027]在其中一个实施例中，还用于设置基站的预编码，所述预编码为基于上述的宽带毫米波通信优化方法所得的预编码。
[0028]按照本专利技术的另一方面，提供了一种宽带毫米波通信系统，包括基站和G个智能反射面，G＞1，所述G个智能反射面的相移矩阵为基于上述的宽带毫米波通信优化方法所得的智能反射面的相移矩阵，所述基站的预编码为基于上述的宽带毫米波通信优化方法所得的预编码。
[0029]在其中一个实施例中，还包括U个单天线用户。
[0030]按照本专利技术的另一方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带毫米波通信优化方法，用于对宽带毫米波通信系统进行优化，所述宽带毫米波通信系统，包括基站、G个智能反射面、U个单天线用户，基站端配备了N
t
根天线，每个智能反射面具有M个元素，智能反射面的每个元素都是可设置的移相器，G＞1；其特征在于，所述优化方法包括对智能反射面的相移矩阵进行优化，具体包括：计算智能反射面接收矩阵Φ
r
＝diag[Φ
1,r
,Φ
2,r
,...,Φ
G,r
]，Φ
g,r
表示第g个智能反射面的接收矩阵，Φ
g,r
＝diag]Φ
g,r,1
,Φ
g,r,2
,...,Φ
g,r,M
]，Φ
g,r,m
表示第g个智能反射面的第m个元素，接收矩阵Φ
r
中，第gm行第gm列的对角元素计算智能反射面发射矩阵Φ
t
＝diag[Φ
1,t
,Φ
2,t
,...,Φ
G,t
]，Φ
g,t
表示第g个智能反射面的发射矩阵，Φ
g,t
＝diag[Φ
g,t,1
,Φ
g,t,2
,...,Φ
g,t,M
]，Φ
g,t,m
表示第g个智能反射面的第m个元素，发射矩阵Φ
t
中，其中第gm行第gm列的对角元素计算智能反射面的相移矩阵Φ＝Φ
t
Φ
r
；式中，g＝1,2,3,
……
,G，m＝1,2,3,
……
,M，n为任意整数，θ
BR,g
表示中心子载波在第g个智能反射面处的到达角，为GM*GM酉矩阵；表示对酉矩阵第gm行第1列的元素所提取的相位；其中，酉矩阵的确定方法为方法一或方法二：方法一：确定智能反射面与用户之间的平均信道矩阵K为子载波的数量，h
RU,u,k
表示在第k路子载波上，智能反射面与第u个用户之间的信道矩阵；对平均信道矩阵进行奇异值分解以作为酉矩阵方法二：确定第k路载波上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈达，杨林蔚，罗锴，彭薇，谢锐，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：