[发明专利]一种主动式智能反射表面设计方法

说明书

本发明属于无线通信设备技术领域，具体涉及一种主动式智能反射表面设计方法。本发明采用M个基于负阻抗电路的反射单元构成智能反射表面，每个反射单元通过有源电路具备负阻抗特性，每个反射单元包含K个可选的负阻抗电路，反射单元通过开关改变接入负阻抗Z_L来改变入射信号的相位与幅度的大小，通过改变负阻抗电路负载的电抗值，即可实现反射单元到天线阻抗的匹配。本发明的方法可用于各类通信系统中，通过对入射信号进行相位调整与幅度放大，极大地增强了入射信号的强度，从而提升无线通信的传输效率。

技术领域

本发明属于无线通信设备技术领域，具体涉及一种主动式智能反射表面设计方法。

背景技术

随着移动互联网与物联网的爆炸式发展，未来通信网络面对着设备持续增长带来的巨流量，巨连接的重大挑战。特别地，在6G新愿景下，通信网络需要实现Tbps级的超巨流量通信，以及支撑每平方米数十终端的超巨连接通信。亟需实现高谱效、高能效的新型传输技术。

近年来，智能反射表面可以部署多个反射单元对无线信道进行智能重编程，从而改善信号的传输质量。因其布置简单，且不需要复杂的主动射频电路器件，如数模转换器，振荡器，上变频器以及功率放大器等，智能反射表面通信被视为下一代高谱效，高能效的通信技术。

传统智能反射表面通信系统需要配置大规模的被动反射单元以解决自身反射能力弱，路径损耗大等问题，导致电路成本，空间成本，以及能耗成本大幅提升。基于负阻抗设计的主动反射单元通过引入有源电路，使得其能够反射放大入射信号，大幅提升自身反射能力，提高信号传输效率。现有主动反射单元已广泛用于反射通信系统中，以增加系统传输范围。智能反射通信系统可以利用主动反射单元进一步改善信号传输性能，进而提高频谱利用效率。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种基于负阻抗的主动式智能反射表面通信设备设计方法，本发明的主动式智能反射表面设备可用于辅助无线通信信号传输，进一步提高无线通信系统的频谱效率与能量效率。具体而言，在主动式智能反射表面中，每一个独立的反射单元可利用有源电路实现负阻抗特性，对入射信号进行相位调整使得多路反射信号在接收机处相互增强或抵消，同时对入射信号进行幅度放大。

本发明采用的技术方案是：

一种主动式智能反射表面设计方法，采用M个基于负阻抗电路的反射单元构成智能反射表面，每个反射单元通过有源电路具备负阻抗特性，每个反射单元包含K个可选的负阻抗电路，反射单元通过开关改变接入负阻抗Z_L来改变入射信号的相位与幅度的大小，即反射系数Γ为：

其中，Z_A为天线阻抗；以往基于正阻抗设计的反射单元有|Γ|²≤1，本发明将负阻抗负载引入智能反射表面的反射单元中，可实现入射信号的反射放大。

对加载偏置电压为V_bias的负阻抗电路，对功率为P_in、频率为f_in的入射信号，负阻抗电路负载的阻抗值为：

Z_L(f_in,V_bias,P_in)＝-R_L+jX_L,R_L0

其中，-R_L和X_L分别表示负阻抗电路负载的电阻值与电抗值，通过改变负阻抗电路负载的电抗值，使得X_L＝-X_A，X_A表示天线的等效电抗，即可实现反射单元到天线阻抗的匹配。

考虑天线电阻有Z_A＝R_A+jX_A，对于负阻抗的反射单元，其反射系数有