[发明专利]一种基于可编程超表面的用户追踪和无线数字传输方法

说明书

本发明公开了一种基于可编程超表面的用户追踪和无线数字传输方法，其中，超表面为反射式超表面，该超表面由大量亚波长二进制可重构单元构成。通过对这些二进制单元进行编程，该超表面可利用不同的数字辐射相位实现将喇叭天线辐射出的波束转至特定方向。利用这个功能，超表面可通过波束转向来进行用户跟踪以及在方向波束上进行相位调制编码信号传输。由于其简易的架构和灵活的控制特性，该方法在构建雷达通信一体化系统和可识别电子系统方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于无线通信系统领域，尤其涉及一种基于可编程超表面的用户追踪和无线数字传输方法。

背景技术

作为薄层版本的超材料，超表面可在介质表面调控电磁波的可视化特性。对于沿表面传播的波，超表面可以调控表面阻抗来形成平面式功能设备或辐射漏波。对于波在表面的反射或折射，超表面可以调控反射或折射系数来实现不同功能。从不同角度研究，多种多样的超表面相继被提出，例如惠更斯超表面、阻抗超表面、全息超表面、非线性超表面以及可编程超表面等。其中，可编程超表面为包含数字可重构单元的动态超表面。通过对数字单元进行编程，可编程超表面可在时域和空域上调制电磁波。可编程超表面在多域上调控电磁波的能力为其在波束扫描天线、电磁波成像和新型无线通信的应用创造了无限可能。

目前实现用户追踪的方法是基于天线阵列或传感器网络实现，这些方法构建成的通信系统复杂度大，成本高，集成度和灵活性较低，这也是通信系统发展需要解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于可编程超表面的用户追踪和无线数字传输方法,以解决现有方法构建成的通信系统复杂度大，成本高，集成度和灵活性较低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体技术方案如下：

一种基于可编程超表面的用户追踪和无线数字传输方法，包括以下步骤：

步骤1、超表面为反射式超表面，它包括二进制单元，根据可编程超表面的数字编码表示为状态“1”或状态“0”，如果一个单元从状态“1”变为状态“0”，其反射相位会改变180°，通过设计特定的数字编码，可编程超表面在空域上塑造其远场模式，通过动态切换数字编码序列，可编程超表面在时域上调控远区场的相位。

步骤2、可编程超表面控制方向波束的辐射相位来实现无线传输，通过接收信号的正确性来判断方向波束是否对准了用户，相位调制只有在方向波束的覆盖范围内有效，最终在相同的通信信道上实现用户追踪和无线数字传输；

步骤3、通过设计数字编码序列合成散射波的频谱，可编程超表面辐射特定频率的波，通过调频信号实现基于可编程超表面的无线通信，信号传输通过判断接收信号的谐波实现。

进一步的，超表面的二进制单元，每个单元包含一个PIN二极管，通过切换二极管状态，每个单元拥有两个相差180°的反射相位状态，分别记为“1”和“0”，这些数字的分布作为可编程超表面的数字编码，可编程超表面通过带有I/O引脚的连接器与FPGA连接，可编程超表面的数字编码提前储存于FPGA，在需要之时调用来配置超表面状态，可编程超表面在空域上通过配置数字编码来改变远区场模式。

进一步的，通过调控方向波束的辐射相位进行传输以及循环冗余校验值可用来判断接收信号的正确性。

本发明的一种基于可编程超表面的用户追踪和无线数字传输方法具有以下优点：

1、基于可编程超表面的系统使用单个超表面来追踪用户和发射信号，从而大大降低通信系统的复杂度和成本；

2、超表面由数字电路直接控制，因此增加了通信系统的集成度和灵活度。

附图说明

图1为本发明的数字编码及其对应的远区场模式示意图,其中：

图1a为本发明的波束指向0°时对应的数字编码示意图；