[发明专利]混合场波束偏移效应下智能超表面辅助的低开销定位方法

说明书

混合场波束偏移效应下智能超表面辅助的低开销定位方法，属于无线通信中的感知领域。本发明通过使用极坐标域字典，将字典元素中加入距离因素，优化传统离散傅里叶变换字典与近场球面波失配的问题，降低频谱泄露对定位性能的不利影响；通过使用频率依赖性字典，在字典中将不同子载波分别考虑，优化波束偏移效应，提高定位精度；通过智能超表面的辅助，利用到达时间差异解决公共定时偏差所带来的用户定位不准确的问题，并同时将用户锁定在了双曲线上，降低全域搜索所带来的计算复杂度；通过极坐标域梯度下降算法优化用户到达基站的角度，优化距离估计不完全准确时无法精确估计角度的问题。本发明适用于通讯、应急救援等领域，用于提高用户定位精度。

技术领域

本发明涉及一种混合场波束偏移效应下智能超表面辅助的低开销定位方法，属于无线通信中的感知领域。

背景技术

未来6G通信网络将具有目标识别、目标定位、目标检测、目标跟踪的能力，通信系统将能够感知一切业务、网络和终端，而感知中的一项重要业务是定位。在6G超大带宽，超大阵列的加持下，时延估计和角度估计精度都大幅度提高，因此在IMT-2030(6G)推进组的白皮书《通信感知一体化技术研究报告》中指出，未来的6G通信网络将有厘米级别的定位精度，为未来6G通信网络无时无刻、无处不在地感知物理世界赋能。

相对于由卫星导航进行定位的空旷室外来说，复杂的城区以及室内环境则由通信网络进行定位。通信网络定位一般可以分为三种，分别基于接收信号强度、到达时间和到达角的定为方式。由于6G通信网络具有超大的带宽和阵列孔径，因此利用极高的延时分辨率和角度分辨率进行定位，在学术界和工业界都引起了极大的关注。现有研究中，有基于多个基站的大规模MIMO共同直接定位用户，取代通过多个基站的观测角度导出用户位置的压缩感知的研究；有基于多个智能超表面的辅助，通过多个观测角度共同定位用户的联合波束训练和定位的研究；有基于同时正交匹配追踪算法和期望最大值算法进行用户位置以及基站和用户出射角和到达角的估计的研究；也有文献推导了一些定位中参数估计的克拉美罗下界，为智能超表面的部署，算法的设计提供了理论指导。

然而，上述方法并没有考虑到6G通信网络极大的天线阵列所引发的远场近场同时存在(即混合场)的情况。与此同时，在6G通信网络极大的带宽所导致的波束偏移效应下，如何进行用户高精度定位的问题也没有得到解决。因此，在混合场波束偏移效应下，亟需进一步研究如何利用智能超表面的辅助对用户进行高精度定位。

发明内容

针对混合场波束偏移效应下定位难的问题，本发明的主要目的是提供一种混合场波束偏移效应下智能超表面辅助的低开销定位方法，通过到达时间差异和极坐标域梯度下降方法，提高用户定位的精度和效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明公开的混合场波束偏移效应下智能超表面辅助的低开销定位方法，将基站和智能超表面同时作为锚点，同时也作为双曲线的焦点，利用多重信号分类算法得到的到达时间差异，将用户锁定在双曲线上。将全空间较大的搜索区域减小到双曲线所处的较小的区域上，降低全空间搜索的计算复杂度。在双曲线上粗略获得用户位置后，通过极坐标域梯度下降算法，对用户到基站的角度进行超分辨估计，进而得到更精确的用户位置，提高用户定位的精度。

本发明公开的混合场波束偏移效应下智能超表面辅助的低开销定位方法，包括以下步骤：

步骤1、利用频域接收信号，通过多重信号分类算法估计用户到达基站和智能超表面的延时；

关闭智能超表面得到频域的上行接收信号开启智能超表面得到频域的上行接收信号利用上行接收信号做谱分解

(Y^NRIS)^HY^NRIS＝E^NRISΛ^NRIS(E^NRIS)^H，