【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信，具体涉及一种多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算方法与系统。
技术介绍
1、随着无线通信技术的发展，如今低频段的频谱资源日趋紧张，为了获得更多的频谱资源，更好的利用不同频段的资源，无线通信所使用频率不断提高，如今有关毫米波的通信技术得到了长足进展。然而，由于频率提高而带来的信号衰减问题，却逐渐成为限制通信技术进一步发展的瓶颈。尤其是诸如建筑物、墙壁、树林等物体的遮挡所引发的阴影衰落，将导致用户通信质量下降，信号覆盖范围出现盲区等等问题。传统的解决方法可以通过增加基站部署密度，在小区之间增加中继通信系统等等方法来提高信号覆盖率，但是这样势必带来高昂的设备成本、维护成本以及功耗。
2、然而，近年来可重构智能表面(reconfigurable intelligent surface,ris)技术的发展，为低成本解决上述难题提供了新的思路。由于ris是由无源的可重构单元周期排列而成的二维表面，其不需要昂贵的射频电路，便可以通过编程的方式实现对入射电磁波的反射相位、极化、幅度等特性的调控。因此通过在环境中大量部署ris，可以使得信号在ris的反射与辅助下绕过障碍物到达用户端，从而降低阴影衰落带来的影响，极大提升用户通信质量。
3、ris的加入使得无线信号的传播路径相比传统无线通信不同，其信道变得更加可控。而根据ris部署位置的不同，无线信号的传播路径会发生变化，这将直接影响用户的接收信号强度与通信质量，因此深入研究分析ris辅助通信的自由空间信号传播路径和路径损耗具有十分重要的意义。p>
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的在于提出了一种多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算方法与系统，充分考虑信号收发设备以及ris的电磁特性，以更好地估计自由空间路径损耗。
2、技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术提出以下技术方案：
3、一种多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算方法，包括以下步骤：
4、获取多ris辅助无线通信系统的相关参数，包括信号收发设备、全部ris以及障碍物的位置参数，信号收发设备和ris的电磁特性；
5、获取信号发射设备的发射信号经过多块ris的反射能到达信号接收设备的全部通信链路；每条通信链路包括如下类型的视距(line of sight,los)链路：信号发射设备与ris之间的los链路，ris与信号接收设备之间的los链路以及ris与ris之间的los链路；
6、分别计算不同类型los链路的信道函数，进而确定每一条通信链路的信道函数和路径损耗；
7、将所有通信链路合并后得到总的信道函数和路径损耗。
8、作为优选，所述信号收发设备和ris的电磁特性包括信号收发设备的辐射增益和辐射方向图，ris反射系数、反射方向图及其增益。
9、作为优选，信号发射设备与第i块ris之间的los链路的信道函数计算方法为：
10、
11、
12、其中，ki表示第i块ris的基本单元数；ti表示信号发射设备与第i块ris之间的信道函数矩阵；tki表示信号发射设备与第i块ris的第k个单元之间的信道函数；λ为信号自由空间波长；gt为信号发射设备的天线增益；rki,t为信号发射设备与第i块ris的第k个单元之间的距离；ft(θki,t,φki,t)表示信号发射设备天线方向图指向第i块ris的第k个单元的归一化方向系数，(θki,t,φki,t)为以信号发射设备天线为参考点，第i块ris的第k个单元所在位置的方位角与俯仰角；fi(θt,ki,φt,ki)表示第i块ris的第k个单元的方向图指向信号发射设备的归一化方向系数，(θt,ki,φt,ki)为以第i块ris的第k个单元为参考点，信号发射设备天线所在位置的方位角与俯仰角。
13、作为优选，ris与信号接收设备之间的los链路的信道函数计算方法为：
14、
15、
16、其中，ri表示信号接收设备与第i块ris之间的信道函数矩阵；rki表示信号接收设备与第i块ris的第k个单元之间的信道函数；gi为第i块ris的单元信号增益；rr,ki为信号接收设备与第i块ris的第k个单元之间的距离；fi(θr,ki,φr,ki)表示第i块ris的第k个单元方向图指向信号接收设备天线的归一化方向系数，(θr,ki,φr,ki)为以第i块ris的第k个单元为参考点，信号接收设备天线所在位置的方位角与俯仰角；fr(θki,r,φki,r)表示信号接收设备天线的方向图指向第i块ris的第k个单元的归一化方向系数，(θki,r,φki,r)为以信号接收设备天线为参考点，第i块ris的第k个单元所在位置的方位角与俯仰角。
17、作为优选，第i块ris与第j块ris之间的los链路的信道函数计算方法为：
18、
19、
20、其中，kj表示第j块ris基本单元数；sij表示第i块ris与第j块ris之间的信道函数矩阵；spi,qj表示第j块ris的第q个单元与第i块ris的第p个单元之间的信道函数；gj为第j块ris的单元信号增益；rpi,qj为第j块ris的第q个单元与第i块ris的第p个单元之间的距离；fi(θqj,pi,φqj,pi)表示第j块ris的第q个单元的方向图指向第i块ris的第p个单元的归一化方向图系数，(θqj,pi,φqj,pi)为以第i块ris的第p个单元为参考点，第j块ris的第q个单元所在位置的方位角与俯仰角；fj(θpi,qj,φpi,qj)表示第j块ris的第q个单元的方向图指向第i块ris的第p个单元的归一化方向图系数，(θpi,qj,φpi,qj)为以第j块ris的第q个单元为参考点，第i块ris的第p个单元所在位置的方位角与俯仰角。
21、作为优选，所述每一条通信链路的信道函数和路径损耗计算方法如下：
22、设第n条通信链路中，信号发射设备发射信号后，发射信号从第i块ris开始共经过m+1块ris辅助后到达信号接收设备，则其信道函数为：
23、
24、其中，表示第i+m块ris到信号接收设备的信道函数矩阵；和分别表示第i块ris和第i+m块ris的复反射系数对角矩阵，表示第i+m-1块ris到第i+m块ris的信道函数矩阵；ki+m、ki+m-1、ki+m分别表示第i+m块ris、第i+m-1块ris以及第i+m块ris的基本单元数。
25、第n条通信链路的路径损耗为：
26、
27、其中，gr表示信号接收设备的天线增益。
28、作为优选，所有通信链路合并后得到总的信道函数h和路径损耗pl的计算方法为：
29、
30、
31、其中，n为通信链路条数。
32、基于相同的专利技术构思，本专利技术提供的一种多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算系统，包括：
<本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算方法，其特征在于：所述信号收发设备和RIS的电磁特性包括信号收发设备的辐射增益和辐射方向图，RIS反射系数、反射方向图及其增益。
3.根据权利要求1所述的多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算方法，其特征在于：信号发射设备与第i块RIS之间的LoS链路的信道函数计算方法为：
4.根据权利要求1所述的多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算方法，其特征在于：RIS与信号接收设备之间的LoS链路的信道函数计算方法为：
5.根据权利要求1所述的多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算方法，其特征在于：第i块RIS与第j块RIS之间的LoS链路的信道函数计算方法为：
6.根据权利要求1所述的多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算方法，其特征在于：所述每一条通信链路的信道函数和路径损耗计算方法如下：
7.根据权利要求1所述的多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算方法，其
8.一种多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算系统，其特征在于：包括：
9.一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求1-7任一项所述的多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1-7任一项所述的多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算方法，其特征在于：所述信号收发设备和ris的电磁特性包括信号收发设备的辐射增益和辐射方向图，ris反射系数、反射方向图及其增益。
3.根据权利要求1所述的多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算方法，其特征在于：信号发射设备与第i块ris之间的los链路的信道函数计算方法为：
4.根据权利要求1所述的多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算方法，其特征在于：ris与信号接收设备之间的los链路的信道函数计算方法为：
5.根据权利要求1所述的多智能表面辅助通信的自由空间路径损耗计算方法，其特征在于：第i块ris与第j块ris之间的los链路的信道函数计算方法为：
6.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯一军，唐奎，陈克，赵俊明，姜田，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。