一种基于智能超表面的衍射信道编码方法技术

本发明专利技术公开了一种基于智能超表面的衍射信道编码方法，属于无线通信技术领域，一种基于智能超表面的衍射信道编码方法，方法包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种基于智能超表面的衍射信道编码方法


[0001]本专利技术涉及无线通信
，更具体地说，涉及一种基于智能超表面的衍射信道编码方法
。

技术介绍

[0002]可重构智能表面
(Reconfigurable Intelligent Surface
，
RIS)
是一种可编程的超表面
。
它通过将亚波长电磁单元与控制器，如现场可编程门阵列
(Field
‑
Programmable Gate Array
，
FPGA)
相结合，以实现对电磁波的高精度操纵
。
这些电磁单元是微小的
、
可调节的结构单元，通过精确控制它们的电学参数，可以对电磁波的振幅
、
相位和极化进行实时调整，这为无线通信
、
传感
、
成像等领域带来了许多潜在的先进应用
。
[0003]若利用数据源控制每个电磁单元的响应，
RIS
可实现调制功能
。
同样若利用预编码矩阵来控制每个电磁单元的响应，
RIS
可实现模拟波束成形的功能，并结合传统数字预编码，实现
RIS
辅助的混合预编码
。
然而这些应用都集中在单层
RIS
的使用上，使用多层
RIS
有望实现更为复杂的功能
。

技术实现思路

[0004]1.
要解决的技术问题
[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于智能超表面的衍射信道编码方法，它可利用
RIS
的光学计算速度
、
系统容量大
、
调整灵活性高等特点来实现信号级误差控制编码
。
[0006]2.
技术方案
[0007]为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案
。
[0008]一种基于智能超表面的衍射信道编码方法，所述方法包括以下步骤：所述方法包括以下步骤：
[0009]S1
：将输入的数据流分割成多个块，每个所述块由
K
×
L
个数据符号组成
,
形成一个数据字，并通过第一个
RIS
层对所述每个数据字进行调制，将其转化为
K
×
L
个数据信号，进而形成未编码信号；
[0010]S2
：通过衍射信道编码技术，对所述未编码信号进行处理，将每个由
K
×
L
个所述数据信号组成的数据块转换为
M
×
N
个代码块信号，所述代码块信号可称为编码或编码信号；
[0011]S3
：所述编码信号通过第二个
RIS
层实现模拟波束成形，并连接形成编码信号流；
[0012]S4
：通过
MIMO
检测方法对所述编码信号流进行解码
。
[0013]进一步的，所述
S1
中，输入数据流具体包括：首先，将输入数据表示为
[0014][0015]通过将数据信息输入
FPGA
可实现通过调整
RIS
单元的行为对信号进行调制，调制之后的信号表示为
S
通过
RIS
层间空间传播至第二层
RIS
；
[0016][0017]其中，将
S
的每一行进行排列，写为向量的形式为：
[0018][0019]进一步的，所述两层
RIS
之间的距离与调制之后的信号波长为同一数量级
。
[0020]进一步的，所述相邻两层
RIS
之间的传播采用
Rayleigh
‑
Sommerfeld
衍射方程来建模，表达式如下式所示：
[0021]式中
U(P)、U(Q)
为在发射点
P、Q
处的波的复振幅，
k
为波数，
[0022]r
为观测点
P
到发射点
Q
之间的距离，
r'
为发射点
Q
到面元
dS
之间的距离，
θ
是
r
与
r'
之间的夹角
。
[0023]进一步的，通过所述
Rayleigh
‑
Sommerfeld
衍射方程，可将每个电磁单元视为波的二次源，通过其近场传播公式，两个
RIS
层之间的空气传播被建模为移位不变的线性系统，线性系统的脉冲响应，即两个电磁单元之间的传播因子，可以用波长
、
折射率
、
距离和两个电磁单元之间的角度的函数来表示，可得到第一层
RIS
之后的信号与第二层
RIS
之前的信号之间的变换矩阵
。
[0024]进一步的，所述第一层
RIS
总的电磁单元个数为
K
×
L
，第二层
RIS
总的电磁单元个数为
M
×
N
，可根据
MIMO
传输的特点将两层
RIS
之间的传播矩阵表示为：
[0025]两层间的传播系数为：
[0026][0027][0028]进一步的，所述
f
k,l,m,n
为通过
Rayleigh
‑
Sommerfeld
衍射方程建立的从第一层
RIS
单元
(k
，
l)
到第二层
RIS
单元
(m
，
n)
的传播因子
。
[0029]进一步的，所述
f
k,l,m,n
表达式为：
[0030][0031]进一步的，所述
(k
，
l)
单元在第1层的位置为
x
1,k,l
，
y
1,k,l
，
z
1,k,l
；
[0032](m
，
n)
单元在第2层的位置为
x
2,m,n
，
y
2,m,n
，
z
2,m,n
；
[0033]所述
(k
，
l)
和
(m
，
n)
两个单元之间的距离为：
[0034][0035]进一步的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于智能超表面的衍射信道编码方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
S1
：将输入的数据流分割成多个块，每个所述块由
K
×
L
个数据符号组成
,
形成一个数据字，并通过第一个
RIS
层对所述每个数据字进行调制，将其转化为
K
×
L
个数据信号，进而形成未编码信号；
S2
：通过衍射信道编码技术，对所述未编码信号进行处理，将每个由
K
×
L
个所述数据信号组成的数据块转换为
M
×
N
个代码块信号，所述代码块信号可称为编码或编码信号；
S3
：所述编码信号通过第二个
RIS
层实现模拟波束成形，并连接形成编码信号流；
S4
：通过
MIMO
检测方法对所述编码信号流进行解码
。2.
根据权利要求1所述的一种基于智能超表面的衍射信道编码方法，其特征在于：所述
S1
中，输入数据流具体包括：首先，将输入数据表示为：中，输入数据流具体包括：首先，将输入数据表示为：通过将数据信息输入
FPGA
可实现通过调整
RIS
单元的电磁行为对信号进行调制，调制之后的信号表示为
S
通过
RIS
层间空间传播至第二层
RIS
；其中，将
S
的每一行进行排列，写为向量的形式为：
3.
根据权利要求2所述的一种基于智能超表面的衍射信道编码方法，其特征在于：所述两层
RIS
之间的距离与调制之后的信号波长为同一数量级
。4.
根据权利要求3所述的一种基于智能超表面的衍射信道编码方法，其特征在于：所述相邻两层
RIS
之间的传播采用
Rayleigh
‑
Sommerfeld
衍射方程来建模，表达式如下式所示：式中
U(P)、U(Q)
为在发射点
P、Q
处的波的复振幅，
k
为波数，
r
为观测点
P
到发射点
Q
之间的距离，
r'
为发射点
Q
到面元
dS
之间的距离，
θ
是
r
与
r'
之间的夹角
。
5.
根据权利要求4所述的一种基于智能超表面的衍射信道编码方法，其特征在于：通过所述
Rayleigh
‑
Sommerfeld
衍射方程，可将每个电磁单元视为波的二次源，通过其近场传播公式，两个
RIS
层之间的空气传播被建模为移位不变的线性系统，线性系统的脉冲响应，即两个电磁单元之间的传播因子，可以用波长
...

【专利技术属性】
技术研发人员：惠英哲，陈舒怡，苏畅，张秋实，孟维晓，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：