[发明专利]一种快速确定智能超表面反射系数的方法及系统

说明书

本发明公开了一种快速确定智能超表面反射系数的方法及系统，属于无线通信技术领域，本发明运用分级扫描的方法，波束由宽到窄，首先利用宽波束覆盖范围广的特性，确定接收天线的大致范围，接着在第一阶段中被宽波束覆盖的方向利用更窄的波束进行扫描，在更小的扫描范围内，使用分辨率更高的波束，波束对准接收天线的精度也会越高；由此确定最优角度，进而计算得到各个反射单元反射系数。如此，本发明在保证时间复杂度低的前提下能有比较高的准确度；同时通过改变RIS反射单元的反射系数，使反射信号主波束指向用户方位，不需要移动用户的位置。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更具体地，涉及一种快速确定智能超表面反射系数的方法及系统。

背景技术

在5G无线通信领域甚至是未来6G无线通信领域，毫米波技术都作为一项关键技术有着极其重要的作用，但是，毫米波又有着十分致命的缺陷，遇到障碍物时损耗严重，导致通信效果不理想。

为了解决这个问题，现有技术是在无线通信环境增加一种特殊制造的、低成本、可编程的智能超表面(RIS/Large Intelligent Surface/Reconfigurable IntelligentSurface/Software Defined Surface/Metasurface/IRS/Intelligent ReflectingSurface/Reconfigurable Meta-Surfaces/Holographic MIMO等，下文均用RIS表述)来辅助通信。当AP(Access Point)或基站(Base Station)与用户设备(UE)之间有阻隔时，可以通过在合适的位置加装一块RIS，信号可以在RIS处反射，从而形成信道AP-RIS-UE使得AP与UE可以进行有效通信，如图1所示。

然而，现有的绝大部分研究中，RIS反射系数矩阵的计算是基于AP-RIS或RIS-UE的无线信道信息(Channel State Information,CSI)实现的，其复杂度至少为O(N²)或者更高。但与传统的多入多出技术(MIMO)不同，RIS上不具备射频链路(RF-Chain)，无法感知到环境中的电磁波信号，因此AP-RIS或RIS-UE的无线信道信息的获取本身就是一个比较困难的问题。

在无线信道信息无法有效获取时，RIS反射系数矩阵的确定可以采用穷举搜索法。穷举搜索法可以找到最佳的反射系数(也就是反射单元产生的相移和幅度)，但是时间复杂度太高，如果我们对反射系数进行n-bit量化且RIS上反射单元个数为m时，其时间复杂度为O(2^m*n)，如果反射单元数量比较多，过高的时间复杂度无法适应快速变化的信道，这种方法的实用性受限。

因此在大多数已经实现的RIS中，并没有一个好的方法来自主的调节反射信号主波瓣的方位，使能量最强的主波束指向用户方向。为了使接收信号最强，最常规的做法是调整用户的位置来搜寻接最佳的接收位置，显然这种做法缺乏灵活性且有很大的不确定性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种快速确定智能超表面反射系数的方法及系统，由此解决现有技术计算RIS反射系数过程中出现的时间复杂度过高或者是性能不能满足要求的技术问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种快速确定智能超表面反射系数的方法，包括以下步骤：

(1)给定RIS反射信号主波瓣的初始角度，在RIS上选择部分反射单元，并将其激活；各个反射单元被激活后可以反射射向其的电磁信号；所述角度包括俯仰角和方位角；

(2)改变RIS反射信号主波瓣的角度，使RIS利用不同方向波束进行扫描，并接收用户反馈的数据；

(3)将步骤(2)中每次扫描后反馈的数据进行比较，确定一个接收信号强度最大的波束方向，由此确定第一角度范围；