[发明专利]基于可重构全息超表面的通信发射系统及通信优化方法

权利要求书

1.一种基于可重构全息超表面的通信发射系统，其特征在于，包括：

波束指向确定模块，用于确定发射波束的方向；

数字波束成形模块，与所述波束指向确定模块连接，用于预处理发射信号，消除发送给不同用户信号之间的干扰；

可重构全息超表面，与所述数字波束成形模块连接，用于进行全息波束成形，具体地，所述可重构全息超表面上的超材料辐射单元(2)通过连续改变各自电源的偏置电压，可对传播至各个超材料辐射单元(2)的电磁波的辐射振幅进行连续调节，从而使各个辐射单元辐射出能量不同的电磁波，最终叠加为方向可连续调节的电磁波；

偏置电压控制模块，与所述可重构全息超表面连接，用于预设偏置电压的调节间隔，根据预设的偏置电压的调节间隔，对所述可重构全息超表面上的各个超表面单元上辐射电磁波的辐射振幅进行调节。

2.根据权利要求1所述的基于可重构全息超表面的通信发射系统，其特征在于，

所述可重构全息超表面包括馈源(3)、平行板波导(1)和所述超材料辐射单元(2)；

所述超材料辐射单元(2)阵列在所述平行板波导(1)的表面上；

所述馈源(3)有多个，连接在所述平行板波导(1)的表面上的超材料辐射单元(2)的间隙间。

3.根据权利要求2所述的基于可重构全息超表面的通信发射系统，其特征在于，

所述超材料辐射单元(2)包括接地层(21)、介质层(22)、第一patch层(24)、第二patch层(25)和变容二极管(23)；

所述接地层(21)连接在所述介质层(22)的底部，所述第一patch层(24)和所述第二patch层(25)设置在所述介质层(22)上；

所述第一patch层(24)和所述第二patch层(25)通过所述变容二极管(23)连接，所述第一patch层(24)与所述接地层(21)连接，所述第二patch层(25) 接电。

4.一种基于可重构全息超表面的通信发射系统的通信优化方法，其特征在于，所述方法包括：

对每个超材料辐射单元的辐射振幅进行初始化，得到初始的全息波束成形方案；

根据所述初始的全息波束成形方案，得到初始数字波束成形方案；

根据所述初始数字波束成形方案，得到优化后的全息波束成形方案；

根据优化后的全息波束成形方案，对所述初始数字波束成形方案进行优化，得到优化后的数字波束成形方案；

对所述优化后的数字波束成形方案和所述优化后的全息波束成形方案进行相互迭代优化，直至两个相邻迭代之间的用户总数据速率的值差小于预定义的阈值，则迭代完成，获得最优的数字波束成形方案和最优的全息波束成形方案，以便根据所述最优的数字波束成形方案和所述最优的全息波束成形方案对所述可重构全息超表面的基站的发送信号进行处理，使所有用户总数据速率达到最大值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

根据所述初始的全息波束成形方案，得到初始数字波束成形方案，包括：

根据所述初始的全息波束成形方案，采用数字波束成形公式，对发射信号进行数字波束成形，得到初始数字波束成形方案，其中，所述数字波束成形公式为：

其中，P＝diag{p₁,p₂,…,p_L}是一个对角矩阵，μ_l为Q^H(QQ^H)^-1的第l个对角元素，ν为满足等式一个装有K个馈源的可重构全息超表面的基站要与L个移动用户进行通信，M是由元素构成的大小为MN×K的矩阵，辐射振幅M_m,n为传输到每一个超材料辐射单元的参考波的能量辐射至自由空间的比例，k_s为参考波在所述RHS表面传播的传播矢量，为第k个馈源到第(m,n)个辐射单元的距离矢量，所述基站与每个用户l之间的总信道矩阵用H_l表示，z_l为信道中的高斯白噪声，σ²为z_l的方差。