[发明专利]一种基于可重构全息超表面的全双工通信系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于可重构全息超表面的全双工通信系统及方法，其中系统包括基站、上行用户组、下行用户组、控制模块和分别与所述基站连接的第一可重构全息超表面和所述第二可重构全息超表面，利用基站、第一可重构全息超表面和第二可重构全息超表面完成了基站与用户之间的全双工通信，通过控制模块构建优化模型，并以所述全双工通信系统总速率的值最大为目标对所述优化模型进行优化，得到最优变量信息。本发明根据所述最优变量信息对所述基站、所述第一可重构反射超表面和所述第二可重构发射超表面进行控制，从而有效削弱第一可重构全息超表面和所述第二可重构全息超表面之间的自干扰，有效提升通信系统总速率。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种基于可重构全息超表面的全双工通信系统及方法。

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。在现有的天线技术中，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。

应用全双工传输可以进一步改善传输系统的传输质量，甚至能够将传统半双工系统的能力提高一倍。全双工系统的好处是允许下行和上行通道同时工作。虽然全双工系统的收益可以很容易地预见，但这种全双工系统的实际实现提出了许多挑战和许多技术问题仍然需要解决，实现全双工系统的关键障碍在于从发射天线到无线收发器接收天线的自干扰(Self-interrupt，SI)，自干扰的存在会降低通信系统的总速率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于可重构全息超表面的全双工通信系统及方法，能够有效削弱收发天线的自干扰效应，有效提升通信系统总速率。

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全双工通信系统，包括：基站、上行用户组、下行用户组、控制模块以及与所述基站连接的第一可重构全息超表面和第二可重构全息超表面；

所述基站用于产生基站发射信号，并将所述基站发射信号以下行通信的方式向所述下行用户组进行发射；所述基站发射信号依次经过所述基站的数字波束成形处理和所述第一可重构全息超表面的全息波束成形处理后输入至所述下行用户组；

所述上行用户组用于产生用户发射信号，并将所述用户发射信号以上行通信的方式向所述基站进行发射；所述用户发射信号依次经过所述第二可重构全息超表面的全息波束成形处理和所述基站的数字波束成形处理后输入至所述基站；

所述控制模块分别与所述基站、所述上行用户组、所述下行用户组、所述第一可重构全息超表面和所述第二可重构全息超表面连接，用于根据所述基站接收到的基站接收信号、所述下行用户接收到的用户接收信号和所述基站的发射功率信息构建优化模型，并以所述全双工通信系统总速率的值最大为目标对所述优化模型进行优化，得到最优变量信息，并根据所述最优变量信息对所述基站、所述第一可重构反射超表面和所述第二可重构发射超表面进行控制。

优选地，所述上行用户组包括至少一个上行通信用户；所述上行通信用户与所述第二可重构全息超表面连接。

优选地，所述下行用户组包括至少一个下行通信用户；所述下行通信用户与所述第一可重构全息超表面连接。

优选地，所述基站包括第一数字编码模块和第二数字编码模块；