[发明专利]一种基于反射面的主被动互惠共生传输通信系统

说明书

本发明公开了一种基于反射面的主被动互惠共生传输通信系统，包括单天线发射基站、含多个独立可控的反射单元的智能反射面以及单天线主被动协同接收机，智能反射面与传感器连接；单天线发射基站和智能反射面构成互惠共生通信系统发射部分，分别发射主动信号与被动信号；单天线协同接收机同时接收主动信号和被动信号，并分别解调出来自基站的主动信息和来自与智能反射面相连的传感器的被动信息，其中被动信息通过无线信道的时延长度进行指示。本发明能够极大地提高频谱效率和能量效率，并且没有发射额外的射频信号，降低了无线通信系统的电磁干扰，具有极大的应用前景。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于反射面的主被动互惠共生传输通信系统。

背景技术

万物互联被作为5G的愿景之一，说明物联网是5G以及下一代无线通信技术的重要组成部分，超大规模的物联网设备给能耗和无线通信技术提出了极大的挑战，某些场景下的物联网设备的电池寿命希望能够达到10年之久，否则频繁地更换电源设备将会带来巨大的成本开销和维护开销；此外，由于频谱资源匮乏，现在的通信频谱资源远不能满足超大规模的物联网设备接入，并且无线通信射频器件的高昂成本也会导致物联网部署的成本上升。

最近，智能反射面因为其可以动态地改变无线电磁波传播环境来增强无线通信而受到了学术界和工业界的极大关注。智能反射面包含大量无源的、低成本的、独立可控的、不包含射频发射链的反射单元，这些反射单元由人造超材料组成，能够对入射的电磁波进行相移和时延操作，从而使得随机的、不可控的无线传播环境可以被人为地编程控制，实现了无线智能传输。智能反射面可以根据信道环境动态地、智能地调整相移系数并且不引入新的噪声，使得反射信号可以形成对准接收机的被动波束，极大地提高了无线通信性能，智能反射面也可以从多个资源维度对入射信号进行信息调制以携带被动信息，这类被动信息调制方式以环境中已有电磁波为载波，不发送新的电磁信号，从而减少了环境中的无线电干扰。因此基于智能反射面的无线通信系统具有高频谱效率、高能量效率，十分符合绿色通信的理念。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提供一种基于反射面的主被动互惠共生传输通信系统。本发明的一种基于反射面的主被动互惠共生传输通信系统，包括单天线发射基站、含多个独立可控的反射单元的智能反射面以及单天线主被动协同接收机，智能反射面与传感器连接。其中，单天线发射基站和智能反射面构成互惠共生通信系统发射部分，分别发射主动信号与被动信号；智能反射面的每个反射单元都通过微控制器独立可控，每个反射单元调整入射信号的相位偏移，同时对入射信号进行存储再发射，从而形成可控的时延效果。单天线协同接收机同时接收主动信号和被动信号，并分别解调出来自基站的主动信息和来自与智能反射面相连的传感器的被动信息，其中被动信息通过无线信道的时延长度进行指示。

单天线发射基站发送的主动信号表示为：

其中，P是基站发射功率，x′是基站主动发送的数据。主动数据采用单载波调制，其帧结构的基本单元是由保护字段“GI seq”和数据字段“Data”组成的一个主动发射符号；一个帧由一个或者多个主动发射符号组成；此外，帧中最后一个主动发射符号需要额外添加一个保护字段“GI seq”。

令智能反射面的反射单元数目为M，每个反射单元均根据信道信息独立调整相位偏移，此外还根据待发送的被动信息“1”或者“0”调整对反射信号的时延大小，如果需要发送“1”比特，则进行时延，但时延长度不超过“GI seq”信号的长度，如果需要发送“0”比特，则不进行时延。

实现时延的方法是：反射单元将入射信号先进行存储，然后经过设置的时延时间后，再将存储的信号发送出去，协同接收机接收到的信号为直接来自基站的信号与经过时延调制的被动信号的叠加信号：

y(n)＝h_r^TΘGx(n-k)+h_dx(n)+ω