[发明专利]基于帧结构无需信道信息的RIS辅助通信系统优化方法

说明书

本发明公开了一种基于帧结构无需信道信息的RIS辅助通信系统优化方法，其中帧结构包括RIS扫描子帧和通信子帧，RIS辅助的通信系统按照帧结构进行RIS编码优化和通信，包括：在RIS扫描子帧中，AP持续发送参考信号，RIS按顺序切换码本中的编码，UE测量编码下相应的接收信号强度信息并反馈给AP和RIS；在通信子帧中，RIS根据反馈的UE接收信号强度信息选择并保持使UE接收信号强度最大的编码，AP和UE进行数据通信。本发明以码本扫描方式进行RIS辅助通信系统优化，无需使用信道信息，具有复杂度低、可行性高的特点，并将RIS优化和通信过程嵌入帧结构中，可以与常用无线通信帧结构兼容。

技术领域

本发明涉及一种基于帧结构的无需信道信息的RIS辅助通信系统优化方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

RIS(Reconfigurable Intelligent Suface，智能超表面)是一种新型电磁器件，它通常由一系列亚波长尺寸的人造电磁单元结构在二维平面内按规则排列构成。通过设计电磁单元的组成结构、尺寸以及排列方式，可以让RIS实现一些常规材料不具备的电磁响应。此外通过将可调的电子元件加入电磁单元，可以让RIS获得调控单元的电磁响应从而控制无线电波的能力，这种能力让RIS在无线通信领域引起了广泛关注。

无线通信技术依赖电磁波实现信息的传输，发送端将信息调制在无线电波上，经过无线信道传播由接收端接收。此前无线通信系统缺少对无线信道的控制能力，主要通过优化设计发送端和接收端的算法和技术来提高无线通信系统性能。RIS的提出为无线通信提供了新的自由度，可以通过RIS调控电磁波能力优化无线传播环境，从而改善无线通信系统性能。这种RIS辅助无线通信的技术关键在于合理设置RIS电磁单元阵列的可调元件的状态，即RIS单元阵列的编码。此前提出的RIS编码优化的方案大多需要对经过RIS单元的信道进行估计，但由于RIS单元数目众多，信道估计和反馈优化的复杂度很高，使得这些优化方案很难在实际应用中采用。因此我们需要设计一种复杂度低、可行性高的RIS辅助无线通信系统优化方法。

发明内容

技术问题：针对现有RIS辅助无线通信系统优化方法复杂度较高的问题，提供一种无需使用信道信息、复杂度低、可行性高的基于帧结构的RIS辅助通信系统优化方法，即一种基于帧结构无需信道信息的RIS辅助通信系统优化方法。

技术方案：本发明为解决上述技术问题采用一种基于帧结构无需信道信息的RIS辅助通信系统优化方法，所述智能超表面RIS辅助的通信系统按照帧结构进行RIS编码优化和通信，所述帧结构时长为T_frame，包括时长为T_scan的RIS扫描子帧和RIS扫描子帧后的时长为T_trans的通信子帧，所述RIS用于改善接入点AP和用户终端UE的通信质量，所述优化方法步骤包括：

步骤一.在RIS扫描子帧，RIS按顺序切换码本中的编码，编码码本空间大小为N，每个编码持续时间为AP在各个编码的持续时间内发送相同的参考信号，UE测量N个编码下相应的接收信号强度信息，并将N个编码对应的接收信号强度信息反馈给AP和RIS；

步骤二.在通信子帧，根据UE反馈的接收信号强度信息选择码本中使UE接收信号强度最大的编码作为RIS最优编码，RIS在通信子帧的T_trans时间内保持此最优编码，AP和UE进行数据通信。

所述RIS的编码码本采用方向图综合算法生成，使各个编码下的RIS具有不同方向的反射波束。

所述方向图综合算法采用基于遗传算法的方向图综合方法。

所述接收信号强度信息为接收信号强度指示RSSI、信号与干扰加噪声比SNR、参考信号接收功率RSRP或参考信号接收质量RSRQ。

所述RIS辅助的通信系统按照帧结构持续循环进行RIS扫描和RIS编码优化，RIS根据最近一次反馈的UE接收信号强度信息进行RIS编码的优化。