[发明专利]一种基于智能反射面的时间反演无线通信系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于智能反射面的时间反演无线通信系统和方法，属于无线通信与智能反射面领域。在自由空间中，时间反演技术的时空聚焦特性不明显，降低了多径分集增益，影响时间反演无线通信系统容量、能量效率、服务质量等性能。为弥补时间反演技术在自由空间中的劣势，提升时间反演技术的时空聚焦特性，本发明将智能反射面引入时间反演无线通信系统，利用智能反射面提供的众多反射链路，为时间反演技术提供多径分集增益，增强时空聚焦特性，并达到时空聚焦特性智能调控的效果，提升时间反演无线通信系统的能量效率、系统容量和服务质量。

技术领域

本发明属于无线通信与智能反射面领域，更具体地，涉及一种基于智能反射面的时间反演无线通信系统和方法。

背景技术

传统无线通信系统研究中，将无线信道作为不可控因素，聚焦于对收发两端的信源编码解码、信道编码解码以及信号调制解调等信息处理过程。通过引入智能反射面，可使得被动、不可控的无线传输环境变为智能、可控的无线传输环境，为无线通信系统赋予了一个全新的设计自由度，大幅提升通信系统性能。智能反射面为信号提供了反射链路，通过波束赋形，将信号聚焦于目标点，用于提升系统容量、抵抗干扰、提升物理层安全性以及提升能量效率。

时间反演技术被广泛应用于无线通信系统中，基于时间反演技术的时空聚焦特性，研究人员构建了基于时间反演技术的无线通信系统，用以提升系统容量、抵抗干扰、提升物理层安全性以及提升能量效率。时间反演技术利用了无线信道环境信息，将无线信道视作一个匹配滤波器，由此实现了用户信号在目标点的时空聚焦。时间反演技术利用的是多径环境丰富的多径信息，当反射链路越充足、多径信息越丰富时，时间反演时空聚焦特性越明显，越可以获得更大的多径分集增益。

然而，在自由空间中，时间反演技术的时空聚焦特性不明显，降低了多径分集增益，影响时间反演无线通信系统容量、能量效率、服务质量等性能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于智能反射面的时间反演无线通信系统和方法，其目的在于提高时间反演无线通信系统性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于智能反射面的时间反演无线通信系统，包括：发送模块、智能反射面和接收模块；

发射模块包括信号输入设备、上采样设备、时间反演镜和发送天线；

信号输入设备，用于生成待发送信号；

上采样设备，用于对待发送信号进行上采样；

时间反演镜，用于与智能反射面协调进行信道估计获取用户级联信道脉冲响应，并对用户级联信道脉冲响应进行时间反演；

发送天线，用于将上采样信号与时间反演信号卷积之后求和；

智能反射面，为发送天线输出的信号提供多条反射链路，反射给用户；

接收模块，用于接收来自智能反射面多条反射链路的反射信号。

进一步地，智能反射面包括控制器和多个反射单元；

控制器通过调控智能反射面的反射因子，控制每个反射单元所反射信号的幅度和相位，实现时空聚焦特性的智能调控。

进一步地，智能反射面具有两种工作模式：信道感知接收模式，用于信道估计；反射模式，用于反射来自发送模块的入射信号。

进一步地，智能反射面控制器与时间反演镜相互协调，实现信道估计与时间反演信号发送；

在信道估计阶段，发送模块发送控制信号给智能反射面控制器，使得智能反射面工作于信道感知接收模式，协调时间反演镜获取级联信道脉冲响应；在时间反演信号发送阶段，发送模块发送控制信号给智能反射面控制器，使得智能反射面切换于反射模式，对来自时间反演镜的时间反演信号进行反射，传输给终端用户。