[发明专利]一种通信信号重构方法、系统、通信信号重构装置

说明书

本发明提出一种通信信号重构方法，该方法如下：对移动终端和基站之间的通信质量进行监测，如果通信质量不符合预设条件，对可重构智能表面进行功能区域划分，根据移动终端的业务类型确定对应的重构方式，根据所述重构方式利用所述功能重构区域对基站发射的波束进行调整后发送移动终端上；所述可重构智能表面包括多个子阵，每一个子阵作为一个单独的功能区域划分单元，所述子阵包括N×M个信息电磁超构单元，N≥2且M≥2。上述方法可实现基站区域内无线通信信道的重构和分配，优化移动终端的覆盖效能，提升该区域内的总通信容量，并有效降低移动通信，尤其是5G/6G通信覆盖与接入的成本。

技术领域

本发明属于新型人工电磁材料技术领域，特别涉及一种通信信号重构方法、系统、通信信号重构装置。

背景技术

新型人工电磁材料，亦称电磁超材料（Metamaterials），是将具有特定几何形状的宏观基本单元周期/非周期性地排列，或者植入到基体材料体内或表面所构成的一种人工材料。电磁超材料和传统意义材料的区别在于用宏观尺寸单元代替了原来微观尺寸单元（原子或分子）。尽管二者的单元尺寸相差很大，但是它们对外加电磁波的响应都是通过基本单元谐振系统与外加电磁场的相互作用来体现的。电磁超材料从媒质的角度定义了电磁波的行为，为微波器件的设计提供了新的思路和方法。不同于传统超材料，编码超材料将传统超材料结构数字化，实现了对超材料的数字化编辑，为超材料的设计提供了一个新的维度。因此，编码超材料构成的阵列表面也称为智能超表面或者信息超表面。

智能表面作为超表面的一个重要分支，在现代无线通信系统中起到越来越重要的作用，特别为多用户MIMO通信、无线信道分配与优化等5G/6G通信系统中的关键性问题提供了具有希望的解决方案，因此也成为近年来现代无线通信研究的热点方向之一。智能超表面在移动通信领域具有重要应用，其基本原理是通过数字编程的方式控制超材料的电磁特性，改变普通墙面对空间电磁波的漫反射，实现对空间电磁波的智能调控与波束赋形，并且具有低功耗、低成本等特点，有望成为未来移动通信网络的重要基础设施。

如图1所示，智能表面1，即信息超构表面，由N×M个信息电磁超构单元11周期性排列而成，N≥1且M≥1，通常对于信息电磁超构单元11在基本电磁结构或者电路上会加载元器件，如PIN二极管、变容二极管、FET管、MEMS器件等，由此构成电流或者电压可调控的电磁结构或者电路，即形成电磁感应结构。智能表面1可集成有逻辑控制芯片，如FPGA、CPLD、DSP等数字芯片，或者ARM、RISC-Ⅴ及单片机芯片等，对加载在单元11结构上的元器件进行数字或者模拟控制，通过调节智能表面1的单元11上调控元器件的电流或电压值，可以实现对智能表面1的每个单元11的散射电磁场响应的幅度、相位、极化等的调控，进而实现智能表面1的散射电场或电波在空间上的新分布，以构造散射电场，有：

(1)

其中，θ和φ分别对应球坐标系下的两个方位角度，为智能表面单元11散射电场方向图，为第(m，n)个智能表面单元11的编码对应的散射幅度值，k为对应响应频率的波数，d为智能表面单元11的周期间隔，为第(m，n)个智能表面单元11的编码对应的散射相位值，即对于1-比特的码元，有“0”码元表征0离散相位值、“1”码元表征π离散相位值，对于2-比特的码元，有“00”、“01”、“10”、“11”码元，分别表征0、π/2、π、3π/2离散相位值，以此类推。智能超构表面或者信息超表面，区别于一般材料表面的重要特征就是，电磁波入射到智能超构表面后，可以突破斯涅尔定律的限制，形成反射或者折射方向，可人为控制的波束，甚至波形。

面对目前日益复杂的无线通信环境以及不断提升的通信速率需求，仅通过大量布置基站或者小/微基站等难以满足目前以及未来高速通信需求。有效降低电磁通信环境下能量智能分配效率以及硬件布置成本已经成为一个亟待解决的关键性问题。