【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信，具体涉及一种融合反射和透射于一体的智能超表面。
技术介绍
1、随着移动通信数据业务需求的迅速增长，对下一代移动通信系统的频谱效率和用户连接密度等关键技术指标提出了更高要求。现有的无线通信系统通过增加收发器天线数量而提升端到端的传输速率。然而，大规模天线阵列显著提升了通信系统的设备成本和能量开销。这是由于每一个天线都需要配备射频链以实现对发射或接受信号的处理。这个问题导致了大规模天线阵列作为一项提升频谱效率的技术无法很好地扩大规模。
2、为了根本地解决这一问题，可控通信环境的概念在最近被提出。通过将以往认为不可控制的通信信道进行人工的调节，通信系统的频谱效率可以进一步提升。实现可控通信环境的核心组成要件是智能反射平面(ris)。智能反射平面通过在整个空间区域以规则阵列布置一组小的散射或孔径来设计编码超材料，它是一种具有可编程电磁特性的人工电磁表面结构。借助数字序列进行编程控制，实现对电磁波幅度、相位、频率等电磁参数的实时调控，完成无线传播环境的重新配置，提供了智能反射面的物理电磁世界与信息科学的数字世界之间的接口。智能反射平面能突破传统无线信道不可控的局限性，在三维空间中实现信号传播方向调控及增强或消除，抑制干扰并增强信号，已被证实可以当作电磁中继来提高网络的系统性能。智能反射面的使用带来了新的通信资源维度，在提高系统吞吐量和分集增益等方面展现出了强大优势。
3、然而，现有的智能反射平面存在明显的技术缺点。最主要的，智能反射平面只允许无线信号在智能平面处进行反射，这导致在平面另一侧形
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种融合反射和透射于一体的智能超表面。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种融合反射和透射于一体的智能超表面，由多个的近无源单元构成，而其中每一个近无源单元均具有电回路和磁回路与可调节的等效电阻抗和磁阻抗；为了控制电流和磁流的强度，每个近无源单元均具有表面电阻抗ze和表面磁阻抗zm两个可调复参数，通过调节两个等效的表面电阻抗ze和表面磁阻抗zm的大小，可以对近无源单元的电磁波透射系数和反射系数的振幅与相位进行调节；
4、定义入射电场强度为einc，而等效电流js产生的场为ej，等效磁流ks产生的磁场为hk，则激发的等效电流和等效磁流的强度分别由表面电阻抗ze和表面磁阻抗zm控制，如式(1)所示：
5、js＝ze(einc+ej),ks＝zm(hinc+hk) (1)
6、对于一个智能超表面的近无源单元来说，其两侧的电场和磁场的切向分量不连续，而对应的差别由表面等效电流产生：
7、
8、其中，n为智能超表面的法线方向，分别为等效电流js在智能超表面两侧产生的磁场、分别为等效磁流ks在智能超表面两侧产生的电场；
9、联立以上式(1)和式(2)，可以将反射电场强度和透射电场强度用ze和zm解出表示；从而，智能超表面的近无源单元的反射系数r与透射系数t可以表示为:
10、
11、其中，η0表示真空阻抗。
12、进一步地，假设入射star-ris第m个近无源单元的信号为sm，其出射的反射信号和透射信号可分别表示为：
13、
14、其中与为实系数，分别表示透射系数和反射系数的振幅，而与表示透射系数和反射系数的相位；根据能量守恒定律，透射系数与反射系数的振幅需满足而透射系数和反射系数的相位可以认为互相独立，其取值为0到2π之间；因此，通过调节等效电阻抗和等效磁阻抗，第m个单元可以工作在纯透射状态、纯反射状态或同时透射与反射状态三种情形。
15、进一步地，所述智能超表面采用如下任一种操控协议进行工作：
16、能量分割：此模式下所有近无源单元都处于同时透射与反射状态，每个近无源单元都具有独立可调的信号幅度和相位控制；
17、模式切换：此模式下近无源单元分为两组，两组的单元分别在纯透射状态和纯反射状态下工作；
18、分时切换：此模式下整个智能超表面周期地交替地工作于纯透射状态和纯反射状态之间。
19、本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用半无源器件实现全空间的被动波束赋形(即可控通信环境)，相比于现有的传统ris技术，本专利技术增添了可控透射的功能，并增加了调节与部署的灵活性。由于其对信号频谱效率的进一步提升，由本专利技术辅助的无线通信系统也可以做到更加节能。同时，本专利技术具有广阔的应用场景，包括提升室内外无线网络的覆盖面积和信号质量、基于本专利技术支持的非正交多址接入(noma)、本专利技术增强的全空间物理层安全通信、本专利技术增强的无线能量传输(swipt)、可见光通信(vlc)和通信感知一体化技术等。这些技术可以极大的增加下一代通信系统的功能和安全性。
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1.一种融合反射和透射于一体的智能超表面，其特征在于，由多个的近无源单元构成，而其中每一个近无源单元均具有电回路和磁回路与可调节的等效电阻抗和等效磁阻抗；为了控制电流和磁流的强度，每个近无源单元均具有表面电阻抗Ze和表面磁阻抗Zm两个可调复参数，通过调节两个等效的表面电阻抗Ze和表面磁阻抗Zm的大小，可以对近无源单元的电磁波透射系数和反射系数的振幅与相位进行调节；
2.根据权利要求1所述的智能超表面，其特征在于，假设入射STAR-RIS第m个近无源单元的信号为sm，其出射的反射信号和透射信号可分别表示为：
3.根据权利要求1所述的智能超表面，其特征在于，采用如下任一种操控协议进行工作：
【技术特征摘要】
1.一种融合反射和透射于一体的智能超表面，其特征在于，由多个的近无源单元构成，而其中每一个近无源单元均具有电回路和磁回路与可调节的等效电阻抗和等效磁阻抗；为了控制电流和磁流的强度，每个近无源单元均具有表面电阻抗ze和表面磁阻抗zm两个可调复参数，通过调节两个等效的表面电阻抗ze和表面磁阻抗zm的大小，可以对...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘元玮，许嘉琪，董杰，
申请(专利权)人：北京天坦智能科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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