[发明专利]连续调相智能超表面、波束赋形方法和快速波束追踪方法

说明书

本发明公开了一种连续调相智能超表面、波束赋形方法和快速波束追踪方法，涉及通信技术领域。该连续调相智能超表面在可重构智能表面RIS的基础上，将可重构智能表面RIS中的部分二极管替换为可连续调相器件后得到的。工作时，通过改变加在可连续调相器件上的偏置电压，改变可连续调相器件的等效电容值，进而改变反射系数。基于连续调相智能超表面设计的一种波束赋形方法和一种快速波束追踪方法，充分考虑了无线通信系统中用户的移动性，通过反射系数的调整，可以为用户提供动态的波束赋形，进而为动态移动的用户提供高速的网络服务。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种连续调相智能超表面、波束赋形方法和快速波束追踪方法。

背景技术

超表面的最新发展为第六代移动通信网络容量的提升提供了一种很有前途的方法。传统的可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surfaces，RIS，下文均用RIS表述)是一种包含多个亚波长近无源散射单元的超薄表面，具有可控的电磁特性，使传播环境具有可重构性。

传统的亚波长近无源散射单元(以下用RIS单元表述)具有有限个单元状态，反射相位也为若干个有限值。通常n比特RIS单元表示单元状态有2n个的RIS单元；其中，两个相邻单元状态的反射相位相差为360°/2n，如1比特RIS单元有2个不同的单元状态，两种单元状态的反射相位相差为180°。将传统的RIS单元的各个单元状态进行合适的配置，便可以增强在所需方向上的信号波束，减弱其他方向上的信号波束，这样便能通过对RIS单元的单元状态进行合适的配置以实现波束赋形。然而，对于传统的有限且确定单元状态数的RIS单元来说，会存在以下问题：

有限的单元状态数，会导致波束赋形精度不足。由于RIS单元的单元状态数有限，所以波束赋形的结果只是当前RIS单元所能达到的最优解，而不是波束赋形所需的最优解，会造成一定的能量损失并影响通信效果。若通过提升单元状态数来提高波束精度，又具有较大的设计难度，同时随着设计结构的复杂，可重构智能表面RIS的抗干扰能力也会有所减弱。

确定的单元状态数，会导致可重构智能表面RIS控制成本的提升。对于不同波束精度的要求，由于单元状态数确定，所以可重构智能表面RIS的控制成本差异不大，这对于精度要求不高的任务来说，控制成本是一种浪费，会引起一些不必要的时间延迟。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种连续调相智能超表面，并给予该连续调相智能超表面，设计了一种波束赋形方法和一种快速波束追踪方法，为动态移动的用户提供高速的网络服务。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种连续调相智能超表面，所述连续调相智能超表面是在可重构智能表面RIS的基础上，将所述可重构智能表面RIS中的部分二极管替换为可连续调相器件后得到的。

可选的，所述连续调相智能超表面包括亚波长近无源散射单元和改进的亚波长近无源散射单元；其中，所述亚波长近无源散射单元的二极管和所述改进的亚波长近无源散射单元的可连续调相器件不同。

可选的，所述改进的亚波长近无源反射单元的可连续调相器件为变容二极管、液晶或铁氧体。

可选的，在工作时，通过改变加在所述可连续调相器件上的偏置电压，改变所述可连续调相器件的等效电容值，从而使不同的改进的亚波长近无源反射单元上反射的电磁波具有不同的反射系数，且反射系数可随等效电容变化而连续变化。

一种基于连续调相智能超表面的波束赋形方法，包括：

保持模拟波束成形矩阵不变，优化数字波束成形矩阵；

根据优化后的数字波束成形矩阵，得到优化后的模拟波束成形矩阵；

对所述优化后的数字波束成形矩阵和所述优化后的模拟波束成形矩阵进行相互优化，获得最优的数字波束成形矩阵和最优的模拟波束成形矩阵。