一种智能反射表面辅助单载波信号循环移位的通信方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种利用智能反射表面元素单元实现信号循环移位的通信方法。

背景技术

智能反射表面是一种包括具有可重构电磁特性的多个亚波长反射元件的工程器件。红外元件引起的反射的相位和振幅通过软件独立控制，这使它们能够以优化的辐射模式共同转发冲击波，并达到不同的目标，如光束转向、准直、吸收和偏振控制。通过利用集成在平面上的大量低成本被动反射元件巧妙地重构无线传播环境，智能反射表面可以显著提高无线通信网络的性能，这是未来低成本实现频谱和高效无线通信的革命性技术。

目前大部分的研究都是基于智能反射表面的各元素单元来调整发射端到智能发射表面到接受端的信道，使接收端能获得能量较强的接收信号，但采用这种方式，无法充分利用分集增益。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中的上述缺陷，提供一种利用智能反射表面元素单元针对发射信号本身进行调整，实现信号循环移位的通信方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种智能反射表面辅助单载波信号循环移位的通信方法，应用于具有智能反射表面辅助的无线通信系统，该无线通信系统包括至少一个基站、至少一个智能反射表面和至少一个用户，所述单载波信号循环移位的通信方法包括以下步骤：

S1、采用相移键控方式对信息比特进行调制得符号序列，并对该符号序列添加循环前缀得待发送的符号序列，然后基站利用单载波技术发射待发送的符号序列；

S2、通过智能反射表面上的各元素单元给已发送的符号序列加不同的相位偏移，得到多个时间偏移量不同的循环移位的符号序列；

S3、利用Zadoff-Chu序列作为导频信号，对无线信道进行估计和均衡，得到估计的无线信道脉冲响应；

S4、利用估计的无线信道脉冲响应在接收端解调出调制信息。

进一步地，所述步骤S1过程如下：通过相移键控调制对待发送的信号进行移相得到调制后的符号序列，再通过添加循环前缀在调制后的符号序列间插入保护周期得待发送的符号序列，然后基站利用单载波将待发送的符号序列发射到无线通信系统的环境中。

进一步地，所述步骤S2过程如下：智能反射表面的控制器，根据已知的基站的发送信号，计算发送信号中不同发送符号之间的转化所需的相位偏移，在一个时隙内，智能反射表面的每一个元素单元给发送信号的每一个发送符号添加不同的相位偏移，得到所需要的循环移位信号。

进一步地，所述步骤S2过程如下：

记基站的发送信号为：

x＝[x

其中，N为发送信号的长度，L为循环前缀的长度，[·]

x

智能反射表面通过智能反射表面的控制器获取基站的发送信号后，进行相应的相位调整，记M为智能反射表面的总元素单元个数，记智能反射表面的第m,m＝1,…,M个元素单元给发送信号添加的相位偏移为：

其中，θ

其中，

进一步地，所述步骤S3的过程如下：

记基站到用户端的信道脉冲响应向量为g

发送信号经智能反射表面进行相位调整后，用户端接收到信号并去除循环前缀，经过处理后的信号表示为：

其中，n＝[n

其中，g

其中，h

其中，

得到接收信号后，利用信道估计和均衡方法对信道进行估计，再对接收信号进行解调，将Zadoff-Chu序列当作导频信号，Zadoff-Chu序列的数学表达式为：

其中，K表示Zadoff-Chu序列的长度，q为任意整数，W

其中，r表示原始序列的组数，与K互质；通过发送已知的Zadoff-Chu序列符号进行训练，在用户端根据Zadoff-Chu序列的循环位移特性和稀疏信道特性，利用最小二乘方法(LS)和最小均方误差方法(MMSE)来估计和均衡信道；将信道的循环延迟转换为相应发送信号x

y＝Xh

其中，H

其中，h

最小二乘法是基于最小平方得到的估计信道脉冲响应，是最基本的信道估计方法，缺点在于未考虑噪声的影响，对噪声、载波间干扰都比较敏感，为了得到更为准确的信道脉冲响应，利用最小均方误差方法对最小二乘法得到估计信道脉冲响应进行均衡，得到的信道脉冲响应为：

其中，P表示发送信号的功率，N

进一步地，所述步骤S4的过程如下：

根据估计和均衡得到的信道脉冲响应

其中，

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1)本发明利用智能反射表面实现信号循环移位可以提高传输分集，减低无线通信系统的误比特率。

2)本发明通过智能反射表面调制发送信号可以节约成本。

3)本发明利用最小均方误差对信道进行均衡可以得到更为准确的估计信道，获得满分集增益，提高解调信号的准确性。

附图说明

图1是本发明实施例中下行链路智能反射表面实现信号循环移位单载波通信的模型图；

图2是本发明实施例中基于智能反射表面实现信号循环移位单载波通信方案与传统智能反射表面方案误比特率性能对比仿真图；

图3是本发明实施例中基于智能反射表面辅助单载波信号循环移位的通信方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参见图1，图1是本发明实施例中下行链路智能反射表面实现信号循环移位单载波通信的模型图的模型图。如图1所示，本实施例应用场景包括一个基站、一个智能反射表面和一个用户。

本实施例中，通过智能反射表面控制器，基站可与智能反射表面通过控制链路进行信息交互，智能反射表面根据基站的发送信号对信息比特进行相位调整，实现信号循环移位。该无线通信系统中，基站、智能反射表面及用户对信道状态信息未知，用户端通过进行信道估计和均衡后得到估计的信道状态信息，从而解调接收的信号。下面结合图1，具体说明实施该发明方法的流程步骤。

S1、将需要发送的信号经过相移键控调制后，得到的符号序列通过添加不同的相位偏移以实现不同发送符号之间的转化，从而满足对发送信号进行循环移位的要求，再通过添加循环前缀在发送信号间插入保护周期可以对抗多径传播的影响，消除符号间干扰，然后利用单载波技术发射待发送的符号序列。本实施例中，发送信号的长度N为8，循环前缀的长度L为2，基站的发送信号为：

x＝[x

其中，x

x

S2、智能反射表面的控制器，根据已知的基站发送信号，计算发送信号中不同发送符号之间的转化所需的相位偏移，在一个时隙内，智能反射表面的每一个元素单元给发送信号的每一个发送符号添加不同的相位偏移，得到所需要的循环移位信号。

S201、本实施例中，智能反射表面的总元素单元个数M为3，智能反射表面的第m,m＝1,2,3个元素单元给发送信号添加的相位偏移为：

其中，θ

其中，

x(Δ

x(Δ

x(Δ

S3、利用Zadoff-Chu序列作为导频信号，对无线信道进行估计和均衡，得到估计的无线信道脉冲响应。

S301、本实施例中，基站到用户端的信道的抽头数量L

发送信号经智能反射表面进行相位调整后，用户端接收到信号并去除循环前缀，经过处理后的信号表示为：

其中，n＝[n

其中，g

其中，h

h

其中，g

其中，x

S302、本实施例中，将Zadoff-Chu序列当作导频信号，其长度K为8，Zadoff-Chu序列的数学表达式为：

其中q为任意整数，W

其中，r表示原始序列的组数，与K为互质；通过发送已知的Zadoff-Chu序列符号进行训练，在用户端根据Zadoff-Chu序列的循环位移特性和稀疏信道特性，利用最小二乘方法(LS)和最小均方误差方法(MMSE)来估计和均衡无线信道；将信道的循环延迟转换为相应发送信号x

y＝Xh

其中，H

其中，h

利用最小均方误差方法对最小二乘法得到估计信道脉冲响应进行均衡，得到的信道脉冲响应为：

其中，I为单位矩阵，SNR为信号与噪声的比值，即信噪比，

S4、利用估计的信道在接收端解调出调制信息。

S401、根据估计和均衡得到的信道脉冲响应

其中，

综上所述，和传统的智能发射表面调整信道方法相比，本发明具有如下技术进步性。1)利用智能反射表面实现信号循环移位，提高传输分集，增强无线通信系统的准确性，如图2所示，基于智能反射表面辅助信号循环移位的方法相对于传统利用智能反射表面重构信道而非进行信号循环移位的方法，能够降低系统的误比特率，可增强无线通信系统信息传输的可靠性与准确性；2)通过将发送信号进行循环移位，无需延长循环前缀长度，提高符号利用率，且可获得保护间隔以避免符号间干扰。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。