[发明专利]基于可重构全息超表面天线的多小区无线通信系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于可重构全息超表面天线的多小区无线通信系统及方法，该多小区无线通信系统覆盖C个小区；该多小区无线通信系统包括C个基站，且部分基站均装有RHS天线；在每个小区中均安装一个基站；其中，标定基站与标定基站所在小区内的L个用户进行通信；标定基站为C个基站中的任意基站。由于RHS天线具有功耗低，硬件成本低，轻薄，易于安装等特点，且通过迭代算法优化数字波束成形矩阵和全息波束成形矩阵，达到了最大化通信速率的目的，因此用RHS天线辅助多用户实现通信功耗和硬件成本均低的效果。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于可重构全息超表面天线的多小区无线通信系统及方法。

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更严格的要求，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，但碟形天线和相控阵天线都存在着自身固有的缺陷，严重阻碍了碟形天线和相控阵天线的未来发展。具体而言，碟形天线需要沉重且昂贵的波束转向机械装置，相控阵天线高度依赖功率放大器，具有耗电功率大，移相电路复杂，移相器众多的特点，尤其是在高频波段，此特点更为突出。

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，现需要更经济更高效的天线技术。现有的天线技术中，全息天线作为一种小尺寸、低功耗的平面天线，以其低制造成本和低硬件成本的多波束控制能力受到越来越多的关注。具体地说，全息天线利用金属贴片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。

然而，随着移动设备的爆炸性增长，传统的全息天线面临着巨大的挑战，因为一旦全息图案建立，传统全息天线其辐射方向图就固定了，因此无法满足移动通信的需求。由于超材料的可控性，新兴的RHS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天线是一种超轻薄的平面天线，该RHS天线表面嵌有许多超材料辐射单元。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天线，使得基于印刷电路板(PCB)技术制造的拥有紧凑结构的RHS天线成为可能。根据全息图案，每个超材料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天线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。

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辅助下的多小区组网方法及系统。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种基于可重构全息超表面天线的多小区无线通信系统及方法。

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天线的多小区无线通信系统，所述多小区无线通信系统覆盖C个小区；所述多小区无线通信系统包括C个基站，且部分所述基站均装有RHS天线；在每个小区中均安装一个所述基站；其中，标定基站与所述标定基站所在小区内的L个用户进行通信；所述标定基站为C个基站中的任意基站。

可选的，所述基站包括：

波束方向确定模块，用于确定发射波束的方向；其中，L个用户相对于所述基站的位置为所述基站所需发射波束的方向；

数字波束成形模块，与所述波束方向确定模块连接，用于预处理发射信号；

RHS天线，与所述数字波束成形模块连接，用于进行全息波束成形。

可选的，所述RHS天线包括馈源、平行板波导以及超材料辐射单元阵列；所述超材料辐射单元阵列包括多个超材料辐射单元；所述超材料辐射单元阵列在所述平行板波导的表面上；