【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信，具体涉及一种基于智能反射面的多用户涡旋电磁波的交替优化方法。
技术介绍
1、随着5g时代的到来，愈加要求现有的通信系统具有更强大的通讯能力，以进行大量数据的传输。由波粒二象性可知，电磁波既具有振幅、频率及相位等为人所熟知的波动特性，也具有角动量这一典型的粒子属性。根据经典电动力学，角动量又可分为自旋角动量和轨道角动量，前者在电磁波上的表征为极化形式，这一特性在通信和雷达系统中已得到了广泛的应用。而作为电磁波的又一固有属性，轨道角动量仍亟待深入的探索。基于螺旋式空间相位分布的特征，在通信复用、雷达成像、波束调控以及物质的相互作用等领域已被证明具有独特的应用潜力。因此，研究涡旋电磁波对新一代通信架构或是雷达体制有着重要意义。
2、为了获得更高的频谱效率，业界在不断尝试从电磁波的物理特性入手来实现信息传输方式的突破，涡旋电磁波(orbital angular momentum，oam)，又称轨道角动量技术，因其可通过传输模态的复用提供了无线传输的新复用维度，从而提升频谱效率，得益于由螺旋相位波前所带来的正交性，oam同轴复用已被证明是一种典型的空分复用(spacedivision multiplexing，sdm)技术，在不占用新频谱资源的情况下利用一组共享空间且同轴传播的模式基集作为多路独立信号流的复用和解复用载体。与多入多出(multipleinput multiple output，mimo)系统相比，oam同轴复用系统中的复用、解复用环节均依赖天线设计实现，在接收端也无需借助复杂的信号处理算法即
3、目前oam波束通常采用均匀圆形阵列(uniform circular array，uca)产生，并且在产生oam波束的uca和接收oam波束的uca处需要对信号分别进行离散傅里叶变换(discrete fourier transform，dft)和离散傅里叶反变换(inverse discrete fouriertransform，idft)，以实现对oam的模态的叠加和分解功能。
4、实际应用中，oam通信系统也有诸多条件限制，其中最明显的弊端是涡旋电磁波因为自身的物理性质导致其波束在传输时要求位于基站(base station，bs)的发射uca和位于接收端的接收uca要高度对齐，即在视距路径(line of sight，los)情况下进行信息传输，但因为现实中复杂的通信环境，使得los路径容易被障碍物遮挡，而造成非视距路径(non line of sight，nlos)。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于智能反射面的多用户涡旋电磁波的交替优化方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、本专利技术提供了一种基于智能反射面的多用户涡旋电磁波的交替优化方法，方法应用于基于智能反射面ris的多用户涡旋电磁波oam通信系统，通信系统包括基站、ris和至少一个用户设备，ris分别与基站和任一用户设备通信连接，基站和任一用户设备均设置有用于处理oam的均匀圆形阵列uca，包括：
3、s1，基站获取基站上的各uca的天线单元的位置信息、目标用户设备上的各uca的天线单元的位置信息、ris上的各反射单元的位置信息；
4、s2，基站根据基站上的各uca的天线单元的位置信息、目标用户设备上的各uca的天线单元的位置信息和ris上的各反射单元的位置信息，确定基站上的各uca的天线到ris的各反射单元的信道，和，ris的各反射单元到目标用户设备上的各uca的天线单元的信道；
5、s3，基站根据基站上的各uca的天线到ris的各反射单元的信道、ris的各反射单元到目标用户设备上的各uca的天线单元的信道、待发送给目标用户设备的数据，确定目标用户设备对应的接收信号；
6、s4，基站根据预设的oam模块与用户设备的对应关系和目标用户设备对应的接收信号，确定目标用户设备所接收到的模态的信噪比；
7、s5，基站根据目标用户所接收到的模态的信噪比，构建系统的通信容量最大化的第一优化模型；
8、s6，基站根据第一优化模型，为目标用户设备对应的各个模态分配功率，并将分配结果发送给ris；
9、s7，ris根据接收到的分配结果，调整相位，并将调整结果反馈给基站；
10、s8，基站根据接收到的反馈结果，判定系统功率是否为最优功率分配方案，若是，则执行s9，若否，则重新为目标用户设备对应的各个模态分配功率后，将新的分配结果发送给ris后，执行s7；
11、s9，基站向ris发送待发送给目标用户设备的数据，以使ris将待发送给目标用户设备的数据转发至目标用户设备。
12、本专利技术的有益效果：
13、以ris代替中继站的方式使系统的整体功耗大大降低，并且保留了中继站对信号进行调节的优点。并且设计相关算法提升系统的通信容量，解决在mu-ris-oam(ris辅助的oam多用户通信)系统中不同模态的信号的功率分配的难题，使得系统在一定的发射功率限制的情况下，通过对不同模态的功率分配让系统的通信容量达到最大。
14、以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于智能反射面的多用户涡旋电磁波的交替优化方法，其特征在于，所述方法应用于基于智能反射面RIS的多用户涡旋电磁波OAM通信系统，所述通信系统包括基站、RIS和至少一个用户设备，所述RIS分别与所述基站和任一所述用户设备通信连接，所述基站和任一所述用户设备均设置有用于处理OAM的均匀圆形阵列UCA，包括：
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述第一优化模型表示为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基站根据所述第一优化模型，为所述目标用户设备对应的各个模态分配功率，包括：
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述RIS根据接收到的所述分配结果，调整相位，包括：
5.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述目标用户所接收到的模态的信噪比，表示为：
6.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述目标用户设备对应的接收信号，表示为
7.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述基站上的第n个UCA天线到所述RIS的第m个反射单元的信道表示为：
9.一种基于智能反射面的多用户涡旋电磁波的交替优化方法，其特征在于，所述方法应用于基于智能反射面RIS的多用户涡旋电磁波OAM通信系统中的基站，所述通信系统包括基站、RIS和至少一个用户设备，所述RIS分别与所述基站和任一所述用户设备通信连接，所述基站和任一所述用户设备均设置有用于处理OAM的均匀圆形阵列UCA，包括：
10.一种基于智能反射面的多用户涡旋电磁波的交替优化方法，其特征在于，所述方法应用于基于智能反射面RIS的多用户涡旋电磁波OAM通信系统中的RIS，所述通信系统包括基站、RIS和至少一个用户设备，所述RIS分别与所述基站和任一所述用户设备通信连接，所述基站和任一所述用户设备均设置有用于处理OAM的均匀圆形阵列UCA，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于智能反射面的多用户涡旋电磁波的交替优化方法，其特征在于，所述方法应用于基于智能反射面ris的多用户涡旋电磁波oam通信系统，所述通信系统包括基站、ris和至少一个用户设备，所述ris分别与所述基站和任一所述用户设备通信连接，所述基站和任一所述用户设备均设置有用于处理oam的均匀圆形阵列uca，包括：
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述第一优化模型表示为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基站根据所述第一优化模型，为所述目标用户设备对应的各个模态分配功率，包括：
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述ris根据接收到的所述分配结果，调整相位，包括：
5.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述目标用户所接收到的模态的信噪比，表示为：
6.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述目标用户设备对应的接收信号，表示为
7.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：兰军，娄利飞，朱家鑫，尚禹宏，梁志远，邓智林，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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