[发明专利]一种基于开环霍尔传感器的全息IRS表面及通信系统

说明书

一种基于开环霍尔传感器的全息IRS表面，由N个小单元等距排列构成，所述小单元包括PIN二极管、直流电源、扼流电感、保护电阻和开环霍尔传感器，其中PIN二极管的阳极与扼流电感的一端连接，扼流电感的另一端与直流电源的正极连接，直流电源DC的负极接地，PIN二极管的阴极与保护电阻的一端连接，保护电阻的另一端接地，开环霍尔传感器置于扼流电感与PIN二极管之间的回路中。本发明的全息IRS表面可以通过全息成像的方式将携带用户信息的物光波和基站发射的参考波在IRS表面上形成全息图，而后再次从基站发射参考波即可完成显象，即还原为成像过程中用户发向IRS表面的物光波，据此可在无需信道估计的情况下完成整个通信过程。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种基于开环霍尔传感器的全息IRS表面及通信系统。

背景技术

智能反射表面(Intelligent reflective surface，IRS)技术是一种实现无线网络中无线信号传输的技术。IRS通过大量低成本的无源反射元件巧妙地调节信号反射，能够动态地改变无线信道以提高通信性能，预计以IRS辅助的混合无线网络(包括有源和无源元件)在未来将非常有希望实现成本效益可持续的容量增长。尽管IRS具有巨大的潜力，但它在有效地集成到无线网络中面临着新的挑战，最为显著的难题就是以IRS所构成通信系统的信道估计问题。

由于IRS表面的是由多个无源的小单元组合而成的。由于小单元数目繁多，所以以传统的信道估计解决IRS信道问题时极为复杂，而且其无源的特性虽然降低了接收机的功耗，但是无法主动对信号进行处理，这两点正是传统模型中信道估计不适用于IRS表面通信系统信道估计的原因。

从开启现代移动通信起，发射端和接收端之间的无线信道通常被建模为一个随机过程。在传统的通信信道估计中我们通常会发射导频来计算出用户和基站之间的信道信息，但是对包含IRS表面的新型通信系统而言，“基站——IRS表面——用户”的级联信道的信道过程过于复杂，且如何获取到未知位置的用户三维坐标来取得波束成形的最佳效果也是难题所在。而IRS中无源元件反射到达的信号的方式决定了IRS中不包含发送器模块，无法对获取到的信号进行处理，自然也无法主动计算出信道信息。

当前新型超材料表面用于通信还处于研发起步阶段。在最显著的信道估计问题上，通常研究者会将参与通信的用户假设其位置是可知的，在三维坐标已知的条件下按照传统的信道估计方案将整个通信系统的信号传输模型分为发送模块和接收模块两大部分。其中发送模块由“用户——IRS表面接收”、“IRS表面接收——IRS表面发射”、“IRS表面发射——基站接收”三个小模块组成，再由传统的信道估计方案得出无线信道参数。在接收模块，也是由“基站——IRS表面——用户”三个小模块的信道估计级联而成，由此便可将IRS表面参与的通信系统信道估计化为多级级联的信道估计，但是由于小单元数目非常多，计算难度依然很严峻。

或是利用压缩感知的原理，通过开发信号的稀疏特性,在远小于奈奎斯特采样率的条件下,用随机采样获取信号的离散样本,然后通过非线性重建算法完美的重建信号。但是压缩感知的原理尚未成熟，且对信号要求性较高，适用于较为稀疏的信号，在实际通信中局限性较大。

现有关于IRS表面信道估计的处理方案有多级级联信道估计和依靠压缩感知原理的信道估计方案。这两种方案的现有缺点如下：

(1)设计复杂度高；

(2)投入使用成本高；

(3)计算量大，时延较长，无法保证通信的实时性。

发明内容

为解决上述问题，提供一种基于开环霍尔传感器的全息IRS表面及通信系统。

本发明的目的是以下述方式实现的：