【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于双ris辅助空地移动通信的传输路径功率增益分析方法，属于无线通信。
技术介绍
1、空地无线通信作为空天地海一体化信息网络中的重要组成部分，面向空地无线通信开展理论研究，对于推进“十四五”规划中对于6g无线通信的发展要求具有重要的理论意义和现实价值。近年来，智能超表面（ris）被认为是一种新兴技术，通过调控电磁波信号的幅度和相位，能够将不可控的无线传输环境变得可控。因此，将ris技术引入至空地无线通信传输场景中，能够有效地提升通信系统性能。研究表明，无论是小尺度多径传输信道的算法设计，或是大尺度衰落信道的网络优化，传输模型总是系统设计的重要基础。
2、现今国内多个课题组针对空地无线通信开展了理论研究。近年来，东南大学崔铁军院士团队针对多种ris辅助无线通信场景，在多种参数配置下的传输特性分析测量实验，从而有效地为工程应用提供支持。同时，东南大学张在琛教授团队针对ris辅助高空飞行器-地面用户无线通信场景，通过数值推导不同参数配置下的信道矩阵，探索ris阵列的物理参量（例如阵元数目、阵元排布形状等）对于电磁波传输特性造成的影响。华南理工大学章秀银教授团队针对ris辅助无线通信场景，提出了多种有效的优化算法，结合仿真结果验证了所提算法能够有效地提升ris辅助无线通信系统性能。此外，南京信息工程大学江浩教授团队针对空地无线通信场景，建立了基于几何特性的双ris辅助空地无线通信信道模型，分析了飞行器的运动特征对于信道传输特性造成的影响。 但是这一研究并未对于路径特性开展研究，从而对于准确有效地分析设计ri
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术提出一种基于双ris辅助空地移动通信的传输路径功率增益分析方法，提升了双ris辅助空地移动通信系统设计过程中信道模型的匹配度。
2、技术方案：一种基于双ris辅助空地移动通信的传输路径功率增益分析方法，包含以下步骤：
3、步骤s1：构建双ris辅助空地移动通信传输模型，包括坐标系、发射端、双ris阵列和接收端；
4、步骤s2：在发射端发出的电磁波信号至附近ris阵列时，计算入射至ris阵列中调控单元的信号功率；
5、步骤s3：在电磁波信号的幅度和相位经飞行器附近ris阵列调控后，计算离开ris阵列中调控单元的信号功率；
6、步骤s4：在飞行器附近ris阵列发出的电磁波信号传输至接收端附近ris阵列时，计算入射至接收端附近ris阵列中调控单元的信号功率；
7、步骤s5：在电磁波信号的幅度和相位经飞行器附近ris阵列和接收端附近ris阵列调控后，计算离开接收端附近ris阵列的信号功率；
8、步骤s6：在电磁波信号的幅度和相位经飞行器附近ris阵列和接收端附近ris阵列调控后，计算传输至接收端的信号功率；
9、步骤s7：在发射端发出的电磁波信号经双ris阵列调控后传输至地面用户时，计算传输路径的功率增益。
10、优选的，所述步骤s1中针对发射端-地面用户的空地移动通信场景，在三维自由空间中建立直角坐标系；其中，定义经过发射端天线阵列中点垂直于水平面的线为轴，定义发射端天线阵列中点落在水平面上的投影与接收端天线阵列中点的连线为轴；定义经过发射端天线阵列中点落在水平面上的投影且垂直于轴的线为轴；发射端发出的电磁波信号先是经过附近的ris阵列，接着经过接收端附近的ris阵列调控后传输至接收端。
11、优选的，发射端附近ris阵列记为，接收端附近ris阵列记为，步骤s2中在发射端发出的电磁波信号至阵列时，计算入射至阵列中调控单元的信号功率，具体步骤为：
12、步骤201：在双ris辅助空地移动通信传输模型中，定义表示发射端的移动速度，表示发射端的移动时间，和分别表示发射端的移动方向在水平方位上和竖直方位上的夹角，此外，定义表示为阵列偏离于水平方向上的角度参量，因此，当发射端发出的电磁波信号至阵列时，计算入射至阵列中第行（）第列（）调控单元的角度参数为：
13、
14、其中，、和分别表示阵列中第行第列调控单元的几何位置在轴、轴和轴上分量；定义和分别表示阵列中横轴方向和纵轴方向上调控单位的数目；另为方便公式清楚展示故将定义为a，定义为b；
15、步骤202：在双ris辅助空地移动通信传输模型中，计算发射端天线阵列中点距离到阵列中第行第列调控单元的几何距离为：
16、
17、步骤202：在发射端发出的电磁波信号至阵列时，计算入射至阵列中第行第列调控单元的信号功率为：
18、其中，和分别表示发射端发射电磁波信号的功率和增益；表示阵列中横轴方向上任意两调控单位的间距，表示阵列中纵轴方向上任意两调控单位的间距，t表示发射端。
19、优选的，所述步骤s3中在电磁波信号的幅度和相位经阵列调控后，计算离开阵列中第行第列调控单元的信号功率为：
20、
21、其中，表示复数单位，和分别表示阵列中第行第列调控单元的调控幅度和调控相位。
22、优选的，所述步骤s4中在阵列发出的电磁波信号至阵列时，计算入射至阵列中调控单元的信号功率，具体步骤为：
23、步骤401：在阵列发出的电磁波信号传输至阵列的路径中，计算阵列中第行第列调控单元与阵列中第行（）第列（）列调控单元的几何距离为：
24、其中，、和分别表示阵列中第行第列调控单元的几何位置在轴、轴和轴上分量；
25、步骤402：在阵列发出的电磁波信号传输至阵列的路径中，计算入射至阵列中第行第列调控单元的角度参数为：
26、其中，表示为阵列偏离于水平方向上的角度参量；
27、步骤403：在阵列发出的电磁波信号传输至阵列的路径中，计算入射至阵列中第行第列列调控单元的信号功率为：
28、其中，表示阵列中横轴方向上任意两调控单位的间距，表示阵列中纵轴方向上任意两调控单位的间距。
29、优选的，所述步骤s5中在电磁波信号的幅度和相位经阵列中第行第列调控单元调控后，再由阵列中第行第列调控单元调控，计算离开阵列中第行第列调控单元的信号功率为：
30、
31、其中，和分别表示阵列中第行第列调控单元的调控幅度和调控相位；
32、。
33、优选的，所述步骤s6中在电磁波信号的幅度和相位先后经阵列和阵列调控后，计算传输至接收端的信号功率，具体步骤为：
34、步骤601：在发射端发出的电磁波信号传输至阵列时，计算飞行器发射端与阵列中第行第列调控单元间角度参数的函数表达式为：
35、
36、。
37、步骤602：在电磁信号经阵列调控传输至接收端时，计算接收端与阵列中第行第列调控单元间角度参数的函数表达式为：
38、
39、
40、其中，表示接收端的移动速度，表示接收端的移动方向在水本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于双RIS辅助空地移动通信的传输路径功率增益分析方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于双RIS辅助空地移动通信的传输路径功率增益分析方法，其特征在于：所述步骤S1中针对发射端-地面用户的空地移动通信场景，在三维自由空间中建立直角坐标系；其中，定义经过发射端天线阵列中点垂直于水平面的线为轴，定义发射端天线阵列中点落在水平面上的投影与接收端天线阵列中点的连线为轴；定义经过发射端天线阵列中点落在水平面上的投影且垂直于轴的线为轴；发射端发出的电磁波信号先是经过附近的RIS阵列，接着经过接收端附近的RIS阵列调控后传输至接收端。
3.如权利要求1所述的一种基于双RIS辅助空地移动通信的传输路径功率增益分析方法，其特征在于：发射端附近RIS阵列记为，接收端附近RIS阵列记为，步骤S2中在发射端发出的电磁波信号至阵列时，计算入射至阵列中调控单元的信号功率，具体步骤为：
4.如权利要求1所述的一种基于双RIS辅助空地移动通信的传输路径功率增益分析方法，其特征在于：所述步骤S3中在电磁波信号的幅度和相位经阵列调控后，计算离开阵
5.如权利要求1所述的一种基于双RIS辅助空地移动通信的传输路径功率增益分析方法，其特征在于：所述步骤S4中在阵列发出的电磁波信号至阵列时，计算入射至阵列中调控单元的信号功率，具体步骤为：
6.如权利要求1所述的一种基于双RIS辅助空地移动通信的传输路径功率增益分析方法，其特征在于：所述步骤S5中在电磁波信号的幅度和相位经阵列中第行第列调控单元调控后，再由阵列中第行第列调控单元调控，计算离开阵列中第行第列调控单元的信号功率为：
7.如权利要求1所述的一种基于双RIS辅助空地移动通信的传输路径功率增益分析方法，其特征在于：所述步骤S6中在电磁波信号的幅度和相位先后经阵列和阵列调控后，计算传输至接收端的信号功率，具体步骤为：
8.如权利要求1所述的一种基于双RIS辅助空地移动通信的传输路径功率增益分析方法，其特征在于：所述步骤S7中在发射端发出的电磁波信号经双RIS调控后传输至地面用户时，计算传输路径的功率增益为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于双ris辅助空地移动通信的传输路径功率增益分析方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于双ris辅助空地移动通信的传输路径功率增益分析方法，其特征在于：所述步骤s1中针对发射端-地面用户的空地移动通信场景，在三维自由空间中建立直角坐标系；其中，定义经过发射端天线阵列中点垂直于水平面的线为轴，定义发射端天线阵列中点落在水平面上的投影与接收端天线阵列中点的连线为轴；定义经过发射端天线阵列中点落在水平面上的投影且垂直于轴的线为轴；发射端发出的电磁波信号先是经过附近的ris阵列，接着经过接收端附近的ris阵列调控后传输至接收端。
3.如权利要求1所述的一种基于双ris辅助空地移动通信的传输路径功率增益分析方法，其特征在于：发射端附近ris阵列记为，接收端附近ris阵列记为，步骤s2中在发射端发出的电磁波信号至阵列时，计算入射至阵列中调控单元的信号功率，具体步骤为：
4.如权利要求1所述的一种基于双ris辅助空地移动通信的传输路径功率增益分析方法，其特征在于：所述步骤s3中在电...
【专利技术属性】
技术研发人员：江浩，孙俊，张语欣，达勳，付丽娜，
申请(专利权)人：南京中网卫星通信股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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