基于滑窗阵列和波束路由的智能反射面辅助太赫兹通信方法技术

本发明专利技术涉及一种基于滑窗阵列和波束路由的智能反射面辅助太赫兹通信方法，属于通信技术

【技术实现步骤摘要】
基于滑窗阵列和波束路由的智能反射面辅助太赫兹通信方法


[0001]本专利技术属于通信
，涉及基于滑窗阵列和波束路由的智能反射面辅助太赫兹通信方法
。

技术介绍

[0002]近年来，太赫兹
(Tera Hertz,THz)
技术因能够为无线通信提供更大信道带宽
、
更高数据速率和更低传输延迟，已成为未来无线通信的关键技术之一
。
虽然如此，但考虑到
THz
通信频段高
、
波长短等固有特性，不可避免地存在信号衰减严重和衍射能力较差等主要缺点，从而严重限制了
THz
通信传输能力
。
智能反射面
(Intelligent Reflecting Surface,IRS)
由大量的反射元件构成一个平面阵列，每个反射元件不受入射信号的影响并通过调整自身相位和振幅来反射入射信号，从而重构信道来改变无线通信环境
。
将
IRS
和
THz
结合可以在低成本
、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于滑窗阵列和波束路由的智能反射面辅助太赫兹通信方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1
：构建智能反射面
IRS
辅助太赫兹
THz
通信系统模型及其通信的级联信道模型；
S2
：在
IRS
中加入与应用用户数目相同且对应的滑动窗口，根据每个滑动窗口边界限定的滑窗大小与位置得到任意滑窗的反射元素与
IRS
反射元素的关系，根据该关系可得滑窗反射元素的约束；
S3
：引入路由设定，在假定路由中将基站和用户分别作为源点和目标点，滑动窗口作为中间节点，并根据路由设定得到用户的总信道，将所述总信道转化为由阵列响应组合信道，再根据所述组合信道构建最大化系统和速率的问题且受到所述
S2
中的滑窗反射元素约束；
S4
：根据假定路由，得到用户对应的基站发射波束以及滑动窗口的反射波束，将所述滑动窗口的反射波束分解为水平和垂直方向向量，当滑动窗口反射波束的水平和垂直方向向量与滑动窗口的水平和垂直阵列响应对齐，得到滑动窗口最优反射波束，即得到每个元素的最优设置相位，从而得到发射波束和反射波束；
S5
：根据所述
S4
中得到的每个元素的最优设置相位进行波束赋形，重新构造所述
S3
中最大化系统和速率等同于最大化系统和功率的问题，利用图论对所述重新构造的问题进行分析得到系统和速率最大的滑动窗口路由
。2.
根据权利要求1所述的基于滑窗阵列和波束路由的智能反射面辅助太赫兹通信方法，其特征在于：所述
S1
中，通信的级联信道模型，具体表示为：令
IRS
有
M
个反射元素，基站有源天线为
N
，则通信的级联信道表示为：
H
＝
h
H
Φ
g
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
其中，
h
和
g
分别表示
BS
‑
IRS
和
IRS
‑
UE
的信道矩阵，
H
表示共轭转置，
Φ
表示
IRS
的相移矩阵，
j
表示一个虚数单位，幅度
β
n
∈{0,1}
，相位
θ
n
∈(0,2
π
]
，即，假设
β
n
＝1，
IRS
是一个均匀矩形阵列，其水平和垂直方向上的元素分别为
M1和
M2，且有
M1×
M2＝
M。3.
根据权利要求2所述的基于滑窗阵列和波束路由的智能反射面辅助太赫兹通信方法，其特征在于：所述
S2
中，在
IRS
中加入与应用用户数目相同且对应的滑动窗口，根据每个滑动窗口边界限定的滑窗大小与位置得到任意滑窗的反射元素与
IRS
反射元素的关系，根据该关系可得滑窗反射元素的约束，具体为：加入对用用户数目的滑动窗口，若有
K
个用户，则滑动窗口数目亦为
K
；用户集合表示为：
K
＝
{1,2,
…
,k}
，滑动窗口的集合表示为：
J
＝
{S1,S2,
…
S
k
}
；任意滑窗的反射元素与
IRS
反射元素的关系表示为：反射元素的关系表示为：其中，
M
j1
表示第
j
滑窗水平方向的元素数目，
L
j,n
表示第
j
滑窗水平长度，
L
x
表示
IRS
水平长度；
M
j2
表示第
j
滑窗垂直方向的元素数目，
L
j,m
表示第
j
滑窗垂直长度，
L
y
表示
IRS
垂直长度；整块
IRS
中只有滑窗中反射元素工作，而未在滑窗中的反射元素全部处于关闭状态；
滑动窗口的特殊性与
IRS
相结合，滑动窗口需要总和小于
IRS
大小，且为了降低干扰，滑动窗口之间互不重叠，即表示为：其中，
M
n
表示第
n
个滑窗的反射元素，
M
j
表示第
j
个滑窗的反射元素，
n
和
j
分别表示第
n
和第
j
个滑窗，
J
表示滑窗集合
。4.
根据权利要求3所述的基于滑窗阵列和波束路由的智能反射面辅助太赫兹通信方法，其特征在于：所述
S3
中，引入路由设定，在假定路由中将基站和用户分别作为源点和目标点，滑动窗口作为中间节点，并根据路由设定得到用户的总信道，将所述总信道转化为由阵列响应组合信道，再根据所述组合信道构建最大化系统和速率的问题且受到
S2
中的滑窗反射元素约束，具体为：引入路由设定，基站定义为0节点，用户
k
定义为
k
节点，服务用户
k
的滑动窗口
Sj
定义为
j
节点，用户
k
的总信道为：的总信道为：其中，
H
表示共轭转置，信道和分别由阵列响应矢量组合表示，表示由
M
j
行，
N
列构成的矩阵，表示由1行，
M
j
列构成的矩阵；表示基站到第
j
个滑窗在基站处的阵列响应，
θ
0...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆坤江，张祖凡，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：