[发明专利]基于可重构全息超表面的串行天线波束成形方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于可重构全息超表面的串行天线波束成形方法及系统，该方法包括：获取可重构全息超表面向所有用户发送信号时每个用户接收的信号；根据所述每个用户接收的信号构建通信数据速率最大化模型；对所述通信数据速率最大化模型进行迭代优化求解，直至相邻两次迭代的数据速率之和小于设定阈值，得到串行天线波束成形方案。本发明能够使得RHS辅助下的多用户通信数据速率之和达到最大。

技术领域

本发明涉及波束成形领域，特别是涉及一种基于可重构全息超表面的串行天线波束成形方法及系统。

背景技术

为了实现无处不在的智能信息网络，即将到来的第六代(6G)无线通信对天线技术提出了严格的要求，如容量增强和精确的波束控制。虽然广泛使用的碟形天线和相控阵天线都有能力实现这些目标，但它们都存在着自身固有的缺陷，严重阻碍了它们的未来发展。具体而言，碟形天线需要沉重而昂贵的波束转向机械，而相控阵高度依赖功率放大器，耗电功率大，移相电路复杂，移相器众多，尤其是在高频波段。因此，为了满足未来6G无线系统中指数增长的移动设备的数据需求，需要更经济高效的天线技术。

由于超材料的可调谐性与可编程性，新兴的RHS(可重构全息超表面)技术在改善传统全息天线的不足方面显示出极大的潜力。RHS是一种超轻薄的平面天线，天线表面嵌有许多超材料辐射单元，RHS在表面构建全息图案，根据干涉原理记录参考波和目标波之间的干涉。然后，参考波的辐射特性可以通过全息图案来改变，以产生所需的辐射方向。具体而言，由天线馈源产生的参考波以表面波的形式激励RHS，使得基于印刷电路板(PCB)技术制造的拥有紧凑结构的RHS成为可能。根据全息图案，每个辐射单元可以通过电控制参考波的辐射幅度来产生所需的辐射方向。因此，相比于传统的碟形天线和相控阵天线，RHS无需重型机械运动装置和复杂的移相电路就可以实现动态波束成形，可以大大节省天线制造成本以及功率损耗，同时其轻薄的结构也十分便于安装。但是由于全息天线是一种漏波天线，即表面波通过超材料辐射单元不断向外辐射能量从而产生定向波束，因此随着板子尺寸的不断增大，当表面波传播至RHS边缘时，表面波能量会越来越少，从而影响RHS的能量效率，而板子尺寸过小又会影响RHS的增益，因此RHS的尺寸和能效存在折中关系。

现有于RHS的现有研究工作大致集中于RHS硬件组件设计和辐射方向控制上。然而，大多数研究仅证明了RHS实现动态多波束控制的可行性。目前还没有工作研究RHS的尺寸和能效折中设计方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于可重构全息超表面的串行天线波束成形方法及系统，能够使得RHS辅助下的多用户通信数据速率之和达到最大。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于可重构全息超表面的串行天线波束成形方法，包括：

获取可重构全息超表面向所有用户发送信号时每个用户接收的信号；

根据所述每个用户接收的信号构建通信数据速率最大化模型；

对所述通信数据速率最大化模型进行迭代优化求解，直至相邻两次迭代的数据速率之和小于设定阈值，得到串行天线波束成形方案。

可选的，所述每个用户接收的信号为：