[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

说明书

本发明提供了一种基于可重构全息超表面的通信发射系统及通信优化方法。其中，基于可重构全息超表面的通信发射系统包括波束指向确定模块、数字波束成型模块、可重构全息超表面和偏置电压控制模块，基于可重构全息超表面的通信发射系统的通信优化方法能够使基于可重构全息超表面的通信发射系统获得使所有用户总数据速率达到最大值的最优的数字波束成形方案和最优的全息波束成形方案，以便根据最优的数字波束成形方案和最优的全息波束成形方案对发射信号进行处理，使所有用户总数据速率达到最大值。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于可重构全息超表面的通信发射系统及通信优化方法。

背景技术

为了实现无处不在的智能信息网络，即将到来的第六代(6G)无线通信对天线技术提出了严格的要求，如容量增强和低功耗硬件组件。在现有的天线技术中，全息天线作为一种小尺寸、低功耗的平面天线，以其低制造成本和低硬件成本的多波束控制能力受到越来越多的关注。具体地说，全息天线利用金属贴片在表面构建全息图案，根据干涉原理记录参考波和目标波之间的干涉。然后，参考波的辐射特性可以通过全息图案来改变，以产生所需的辐射方向。

然而，随着移动设备的爆炸性增长，传统的全息天线面临着巨大的挑战，因为一旦全息图案建立，传统全息天线其辐射方向图就固定了，因此无法满足移动通信的需求。

相关技术中，大致集中于RHS(Reconfigurable holographic surface，可重构全息超表面)硬件组件设计和辐射方向控制上，相比于传统的碟形天线和相控阵天线，RHS无需重型机械运动装置和复杂的移相电路就可以实现动态波束成形，可以大大节省天线制造成本以及功率损耗，同时其轻薄的结构也十分便于安装。然而，大多数研究仅证明了RHS实现动态多波束控制的可行性。目前还没有工作研究RHS辅助下的多用户通信的发射装置以及全息波束形成方案对通信系统性能的影响。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于可重构全息超表面的通信发射系统，包括：

波束指向确定模块，用于确定发射波束的方向；

数字波束成型模块，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，与所述数字波束成型模块连接，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。

可选地，所述可重构全息超表面包括馈源、平行板波导和所述超材料辐射单元；

所述超材料辐射单元阵列在所述平行板波导的表面上；

所述馈源有多个，连接在所述平行板波导的表面上的超材料辐射单元的间隙间。

可选地，所述超材料辐射单元包括接地层、介质层、第一patch层、第二patch层和变容二极管；

所述接地层连接在所述介质层的底部，所述第一patch层和所述第二patch层设置在所述介质层上；

所述第一patch层和所述第二patch层通过所述变容二极管连接，所述第一patch层与所述接地层连接，所述第二patch层接电。

第二方面，本发明实施例提供了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，所述方法包括：