[发明专利]一种超表面通信系统、超表面相位调整方法及调整系统

权利要求书

1.一种超表面通信系统，其特征在于，包括：透反射超表面以及基站；

所述透反射超表面、所述基站以及用户之间具有通信链路；所述通信链路包括直接链路、反射链路以及透射链路；所述直接链路为所述基站直接传输至用户的通信链路；所述反射链路为所述透反射超表面接收到所述基站的信号后反射至所述基站同一侧的所述用户的通信链路；所述透射链路为超表面接收到所述基站的信号后透射至所述基站另一侧的所述用户的通信链路；

透反射超表面包含多个超表面单元，所述超表面单元为可调相单元，每个所述单元可独立设计其出射信号与入射信号相位差；多个所述单元联合进行波束赋形，将接收到的来自基站的信号定向透、反射到指定位置；

所述用户可以通过所述直接链路接收到基站的直连信号；所述用户接收到来自超平面的透/反射信号，可以对所述直连信号进行增强，从而提升接收信号强度；

所述透反射超表面包括多个超表面单元，每一个所述超表面单元包括多个二极管，通过调节所述二极管的通断，以调整每个所述超表面单元的相位，使得所述用户通过所述通信链路接收到的多路信号的相位相同；

对于多用户情况，多个用户的总接收信号强度可以写成关于每个单元相位设计的凸问题，并通过凸优化处理工具求解获得。

2.根据权利要求1所述的超表面通信系统，其特征在于，对于任一所述超表面单元，出射信号相比于入射信号的增益为：

其中，G为所述超表面单元的天线增益；K^A(m)为入射信号增益，m为超表面单元；为透射信号增益或反射信号增益，i为用户，j为虚数单位；当为透射信号增益时，g_m为透射信号的出射信号相比于入射信号的增益，当为反射信号增益时，g_m为反射信号的出射信号相比于入射信号的增益；δ为单元面积；ψ_m为所述超表面单元的相位。

3.根据权利要求2所述的超表面通信系统，其特征在于，

当为透射信号增益时，其中，为用户i的出射信号与垂直于所述超表面单元的z轴的夹角；

当为透射信号增益时，其中，ε为透射信号与反射信号的功率比。

4.一种透反射超表面的相位调整方法，其特征在于，所述相位调整方法应用于权利要求1-3任一项所述的超表面通信系统，所述相位调整方法包括：

获取透反射超表面与基站的第一距离、所述透反射超表面与用户的第二距离、以及所述基站与所述用户的第三距离；

根据所述第一距离以及所述第二距离确定所述透反射超表面上任一超表面单元到达所述用户的第一莱斯信道；所述第一莱斯信道包括反射链路上的莱斯信号以及透射链路上的莱斯信道；

根据所述第三距离确定直接链路上的第二莱斯信道；

根据所述第一莱斯信道以及所述第二莱斯信道确定多用户的下行传输总速率；

根据所述第一距离、所述第二距离以及所述第三距离确定所述超表面单元的相位；

基于所述多用户的下行传输总速率，利用分支定界法调整所述超表面单元的相位，以确定所述超表面单元的最优相位，使得用户接收的多路信号相位相同。

5.根据权利要求4所述的透反射超表面的相位调整方法，其特征在于，所述根据所述第一距离以及所述第二距离确定所述透反射超表面上任一超表面单元到达 所述用户的第一莱斯信道，具体包括：

根据所述第一距离以及第二距离确定传统瑞利信道；

基于所述传统瑞利信道，根据公式确定所述透反射超表面上任一超表面单元到达 所述用户的第一莱斯信道；其中，h_m为第一莱斯信道；k为由传播环境决定的常数；为传统瑞利信道。

6.根据权利要求5所述的透反射超表面的相位调整方法，其特征在于，所述根据所述第一莱斯信道以及所述第二莱斯信道确定多用户的下行传输总速率，具体包括：

利用确定多用户的下行传输总速率；其中，R_多为多用户的下行传输总速率；N为总用户数；n为当前用户编号；P为基站发射信号功率；h_n为用户n的各信道之和；σ²为高斯噪声功率。