[发明专利]智能反射面辅助无线定位系统及其反射波束成形设计方法

权利要求书

1.一种智能反射面辅助无线定位系统，其特征在于，包括：系统模型、信道模型和接收信号模型；

所述系统模型包括基站端、移动端和智能反射面；基站端和移动端所配备的天线个数分别为N_t和N_r，而智能反射面则由N个反射单元组成；基站端和移动端的位置分别被记为p＝[p_x,p_y,0]^T和q＝[q_x,q_y,0]^T，第i个反射单元的位置被记为在视距链路被阻塞的情况下，该无线定位系统中存在着N条反射路径；第i条路径的发射仰角和方位角分别记为θ_i和φ_i，接收仰角和方位角分别记为和其中，θ_i和φ_i的值依据事先安装的基站和智能反射面的位置进行计算获得，而和的值则根据接收到的信号进行估计；

所述信道模型其N_r×N_t信道矩阵表示为：

其中，Λ_t和Λ_r分别表示基站端和移动端的阵列响应矩阵，对角阵H表示N条路径的传播增益矩阵，对角阵Φ表示智能反射面对信号的操作；响应矩阵Λ_t和Λ_r由发射角和接收角决定，由下式给出：

Λ_t＝[a_t(θ₁,φ₁),…,a_t(θ_N,φ_N)]

其中，列向量a_t(θ_i,φ_i)和分别为：

参数k＝2πd/λ，其中d表示发射或接收天线之间的间距，λ表示发送信号的波长；对角阵其中表示按元素求幂操作，向量表示智能反射面的N个反射单元的相移；对角阵H＝diag[h]，其中向量h＝[h₁,h₂,…,h_N]^T表示N条路径的传播增益，并且向量中的元素是独立同分布的；

所述接收信号模型，其基站端发送的信号表示为其中L表示发送信号所消耗时隙的数量，矩阵中第l个向量x(l)表示在第l个时隙所发送的信号；对其进行向量化操作得到移动端的接收信号为：

其中，向量n表示加性高斯白噪声，其元素是独立同分布的，均服从复高斯分布基站端在第l个时隙的发送功率为

2.一种反射波束成形设计方法，其特征是，包括步骤：

步骤1，通过优化反射波束成形来最小化位置估计的克拉美·罗下界，优化问题表示为：

其中，J_q为费雪信息矩阵；

采用梯度下降法来获得局部最优解；目标函数是一个以向量为变量的实值标量函数，其梯度表示为：

其中，目标函数对的偏导数由下式给出：

其中，参数Nu和De分别表示目标函数的分子与分母，

费雪信息矩阵的各个元素对变量的偏导数为：

步骤2，采用交替优化为：

第一步，初始化智能反射面的反射波束成形；

第二步，估计位置参数并更新；

第三步，根据当前迭代轮次所估计的参数优化智能反射面的反射波束成形；

第四步，判断是否收敛，如果不收敛则跳转到第二步，如果收敛则输出位置信息和反射波束成形设计。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据当前迭代轮次所估计参数优化智能反射面的相移向量，算法过程为：

第一步，设置迭代次数参数和迭代中断条件；

第二步，将上一轮迭代所得到的相移向量作为本轮迭代的初始值；

第三步，计算当前目标函数的函数值；

第四步，更新迭代次数；

第五步，选择梯度流方向作为搜索方向；

第六步，通过相关算法选择步长；

第七步，更新反射波束成形设计；

第八步，计算目标函数的变化量；

第九步，判断目标函数变换量是否达到迭代终中断要求；

第十步，输出反射波束成形向量。