[发明专利]一种基于可编程超表面的MIMO发射机

说明书

本发明公开了一种基于可编程超表面的MIMO发射机，包括数字基带信号处理链路、数模转换器、可编程超表面和射频载波信号源，可编程超表面包括K组电磁微单元；数字基带信号处理链路将K路数字基带信号映射为相应的K路数字控制信号，K路数字控制信号分别通过K个数模转换器转换为K路模拟控制信号，K路模拟控制信号分别加载在可编程超表面中的K组电磁微单元上，可编程超表面在射频载波信号源产生的载波的照射下生成相应K路调制波信号。所述K的最大值为可编程超表面电磁微单元的个数，即每一个电磁微单元发射一路独立调制波信号，实现超级大规模MIMO信号发射。该发明基于可编程超表面搭建MIMO发射机，具有结构简单、成本低、重量轻、功耗小的特点。

技术领域

本发明涉及一种基于可编程超表面的MIMO发射机，属于无线通信及人工电磁新材料技术领域。

背景技术

MIMO技术是当代移动通信关键技术之一。MIMO系统通过在发送端和接收端使用多根天线架设多条通信通道，可以更加充分地利用空间资源，提高系统的吞吐率和频谱利用率。目前，MIMO技术演进而生的大规模MIMO技术和超级大规模MIMO技术已是5G和6G研究的热门技术之一。而当前实现MIMO技术的瓶颈之一在于，采用传统超外差或零中频架构搭建MIMO发射机时，每一条发射通道均需要一条相应射频链路，包括混频器和射频功率放大器等等，随着发射通道数量的增加，发射机的硬件设计复杂度也会随之增加，成本也会大大提高。

超表面是一种人工合成的新型电磁材料，在通信到微波等众多领域都有广泛的应用。超表面通常通过在空间区域中以规则阵列布置一系列亚波长尺寸的人造电磁单元结构构建而成，通过设计人造单元的几何结构、大小以及排列方式，可以实现一些常规材料不具备的电磁效应。超表面通常通过其超常反射系数或透射系数来对其反射波或透射波进行控制，因而具有控制电磁波实现调制的能力。使用超表面来搭建无线通信的MIMO发射机，可以直接在超表面上实现调制，所以不需要传统的射频链路，是一种无线通信发射机设计的新思路，在未来超级大规模MIMO无线通信领域具有巨大的应用前景。

发明内容

针对现有MIMO无线通信发射机架构设计复杂和成本较高的问题，提供一种结构简单、成本低、重量轻、功耗小的基于可编程超表面的MIMO发射机，在发射端基于超表面实现多路调制波发射。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于可编程超表面的MIMO发射机，该发射机包括数字基带信号处理链路、数模转换器、可编程超表面和射频载波信号源，可编程超表面包括K组电磁微单元；

数字基带信号处理链路将K路数字基带信号映射为相应的K路数字控制信号，K路数字控制信号分别通过K个数模转换器转换为K路模拟控制信号，K路模拟控制信号分别加载在可编程超表面中的K组电磁微单元上，可编程超表面中的K组电磁微单元在射频载波信号源产生的载波的照射下生成相应的K路调制波信号；

K路数字控制信号的获取过程为：首先根据该发射机采用的数字调制方式，计算出K路数字基带信号相应的K路调制波信号的归一化幅度和相位序列，K路调制波信号的归一化幅度和相位序列也是相应K组电磁微单元的幅度和相位调制系数序列，之后根据电磁微单元幅度和相位调制系数受控制信号调控的特性，计算出K组电磁微单元的幅度和相位调制系数序列相应的K路数字控制信号。

作为本发明的进一步技术方案，所述可编程超表面为透射式或反射式超表面，相应的，调制波信号为可编程超表面的透射波或反射波。

作为本发明的进一步技术方案，所述可编程超表面由M行N列周期性排列的电磁微单元构成，每个电磁微单元独立接受模拟控制信号调控，将J个相邻电磁微单元分为一组，M×N个电磁微单元分为K组，每组电磁微单元分别与一路模拟控制信号相连，所述J为大于等于1的自然数。