[发明专利]一种智能超表面辅助的无线通信与感知定位一体化方法

权利要求书

1.一种智能超表面辅助的无线通信与感知定位一体化方法，其特征在于，基于智能超表面实现对用户终端UE的感知定位与用户终端-智能超表面-接入点UE-RIS-AP的无线通信；采用该方法工作的系统的帧结构由感知定位子帧与无线通信子帧组成；在感知定位子帧中，利用智能超表面对由UE入射的用于定位的单音信号进行空时调制和反射，由接入点AP接收反射信号求解出UE至智能超表面的信道信息和到达角，进而估计出UE的位置；接着，在无线通信子帧中，根据已知信息计算出合适的智能超表面的反射系数矩阵并实施，实现智能超表面将UE发射的通信信号准确地反射至AP处，提高AP与UE之间的通信链路质量，具体步骤如下：

步骤1：在感知定位子帧中，利用智能超表面的空时调制能力，AP估计出UE与智能超表面之间的信道，在此基础上求解出UE至智能超表面到达角的估计值，进而估计出UE的位置；

步骤2：在无线通信子帧中，AP根据估计出的UE与智能超表面之间的信道和AP与智能超表面之间的静态已知信道向量h确定智能超表面的反射系数矩阵，用于增强UE-RIS-AP的无线通信链路质量；

步骤3：在无线通信子帧中，智能超表面执行上述反射系数矩阵，实现智能超表面将UE发射的通信信号准确地反射至AP处，提高AP与UE之间的通信链路质量。

2.如权利要求1所述的一种智能超表面辅助的无线通信与感知定位一体化方法，其特征在于，所述步骤1中利用智能超表面的空时调制能力，AP估计出UE与智能超表面之间的信道具体为：智能超表面对入射的单音信号进行空时调制并将调制后的无线信号反射给AP；AP根据接收到的无线信号的频域信息估计出UE与智能超表面之间的估计信道

3.如权利要求2所述的一种智能超表面辅助的无线通信与感知定位一体化方法，其特征在于，所述智能超表面共有N行M列电磁单元，每个电磁单元对入射的电磁波的反射系数是可调的；所述单音信号是由UE发射的用于定位的单音信号并以设定的到达角，包括俯仰角和方位角入射至智能超表面；所述空时调制包含时间调制和空间调制两层含义，其中时间调制是指每一个智能超表面的电磁单元的反射系数都被周期性的时间序列所调制，使智能超表面产生一系列的谐波信号，空间调制是指在二维空间上的排布的电磁单元的反射系数经过了反射系数矩阵的调制，使智能超表面调控其反射信号的波束方向；其中第n行第m列的电磁单元U_n,m的反射系数Γ_n,m具体通过如下公式确定：

其中

为矩形窗采样函数，为可自由设计的已知时间序列的第q个元素，Q为序列的元素总个数，T_s为序列的时间长度，每个元素持续时间为

4.如权利要求2所述的一种智能超表面辅助的无线通信与感知定位一体化方法，其特征在于，所述AP接收到的无线信号y具体通过如下公式确定：

其中，为AP与智能超表面之间的静态已知信道向量，为智能超表面各电磁单元反射系数组成的对角阵，为UE单天线与智能超表面之间的信道向量，p为UE发射信号的功率，w为AP的接收机噪声。

5.如权利要求2所述的一种智能超表面辅助的无线通信与感知定位一体化方法，其特征在于，所述AP根据接收到的无线信号的频域信息得到的UE与智能超表面之间的估计信道具体通过如下公式确定：

其中，是选取AP接收信号的NM个谐波分量组成的观测向量，为选取AP接收信号的第k个谐波分量，该谐波为l_k阶谐波；为可自由设计的已知矩阵，其中，为AP与智能超表面之间的静态已知信道向量，矩阵A_l的定义为且A_l中元素为电磁单元U_n,m的反射系数Γ_n,m(t)的l阶谐波分量；为AP的接收噪声向量，其中W_l为AP在l阶谐波上的接收噪声，p为UE发射信号的功率。