一种基于可重构智能表面的双域索引调制通信方法与流程

本发明涉及移动通信，尤其涉及一种基于可重构智能表面的双域索引调制通信方法。

背景技术：

1、可重构的智能反射表面技术是新一代数字移动通信的关键技术。可重构智能表面由大量低成本近被动的反射元件组成，这些元件可以在智能控制器的帮助下控制入射电磁波被动反射的相移与幅度增益。最近，可重构智能表面辅助索引调制技术是学界研究的热点。可重构智能表面辅助的im技术频谱效率高，功耗低，硬件实现简单，在多输入多输出无线通信的方案中具有显著的竞争。其中，在最近的研究中，可重构智能表面技术设计用于改善无线通信信道条件，同时也能通过可重构智能表面不同状态下的相位与幅度特性传递索引调制信息。其中，提出了接收端空间调制的方案， 可重构智能表面同相叠加了多径信道上的信号，从而显著增强了特定接收天线的接收信号能量。通过分组规划可重构智能表面同相与正交相移的方式携带了额外的比特，实现了更高的频谱效率。以上方案均建立在可重构智能表面能够实现连续相位调节的基础上，然而这在硬件实现上是很难的。提出的反射调制方案将可重构智能表面不同的离散相位反射状态作为一种新的索引调制的传输实体，基站和可重构智能表面控制器既可以协同传输信息，也可以单独传输各自的信息。事实上，实现上述方案均要通过发射大量的导频信号实现信道估计，特别是在可重构智能表面辅助的无线通信中，导频开销远大于传统的双域联合索引调制多输入多输出通信。对此，通过设计激活不同反射模式的排列矩阵在无信道状态信息的条件下传递额外的信息。然而，排列矩阵被设计为方形矩阵，随着反射模式的个数的增加，频谱效率的提升并不显著，却伴随着接收端的检测复杂度呈指数型增长。此外，在基站处仅部署一根发射天线，这与实际工程的基站部署中并不常见。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述一种或多种现有的技术问题，提供一种基于可重构智能表面的双域索引调制通信方法。

2、为实现上述目的，本发明提供的一种基于可重构智能表面的双域索引调制通信方法，包括：

3、在基站和移动终端之间部署可重构智能表面，构建矩形差分反射空间；

4、将比特信息映射为所述矩形差分反射空间的发送信号；

5、对所述矩形差分反射空间的接收信号进行译码，还原比特信息。

6、根据本发明的一个方面，构建基站和可重构智能表面之间的信道矩阵，得到第一信道矩阵并将其表示为，构建移动终端和可重构智能表面之间的信道矩阵，得到第二信道矩阵并将其表示为，构建移动终端和基站之间的信道矩阵，得到第三信道矩阵并将其表示为，整合所述第一信道矩阵、第二信道矩阵和第三信道矩阵得到等效信道矩阵并将其表示为，其中，表示基站激活第根天线并且在可重构智能表面处选择第个反射模式时的等效信道矢量，表示发射天线。

7、根据本发明的一个方面，构建所述等效信道矩阵的公式为，

8、；

9、；

10、；

11、；

12、；

13、其中，表示变换后的第二信道拓展矩阵；

14、表示反射模式聚合矩阵；

15、表示变换后的第一信道拓展矩阵；

16、表示变换后的第三信道拓展矩阵；

17、表示反射模式的相移矩阵；

18、表示维度为的单位阵；

19、表示维度为的单位阵；

20、表示展开后的第列。

21、根据本发明的一个方面，所述矩形差分反射空间的每个传输块信号包含个码字时隙，一帧信号共占用个所述码字时隙，一帧信号包含个参考传输块和个信息传输块。

22、根据本发明的一个方面，每个传输块信号发送个比特信息，个比特用于映射矩形色散矩阵，个比特用于映射个阶相移键控符号，将阶相移键控符号在主对角线上堆叠为方阵，矩形色散矩阵的行表示联合选择激活天线和可重构智能表面反射模式，矩形色散矩阵的列表示时隙的索引，对矩形色散矩阵进行分块使得其每行和每列中有且仅有一个模为1的非零元素。

23、根据本发明的一个方面，所述矩形差分反射空间的信息传输矩阵为，对索引调制信号进行矩形差分调制，发射的第个的信息传输块为，其中，为前一个发送的信息传输块，为拓展运算函数，运用拓展运算函数将拓展为具有稀疏性的酉矩阵，其中，为右移矩阵，为维度为的单位阵，通过拓展运算函数实现矩形差分编码，其中公式为，

24、。

25、根据本发明的一个方面，接收到的第个传输块为，其中，表示加性高斯白噪声，基于拓展运算函数的逆运算通过最大似然检测公式遍历信息传输矩阵的合法码本进行译码，通过编码映射关系得到比特信息，其中公式为，

26、；

27、其中，表示发射的第个信息传输块；

28、表示使得整体为最小时的取值函数；

29、表示通过迭代计算的等效的第个接收信号；

30、表示frobenius范数运算；

31、降低差分计算的噪声的影响，其中公式为，

32、；

33、其中，表示降低噪音后接收的第个信息传输块；

34、表示块对角矩阵的函数；

35、表示遗忘因子；

36、表示维度为的单位阵；

37、表示维度为的全0方阵。

38、为实现上述目的，本发明提供一种基于可重构智能表面的双域索引调制通信系统，包括：

39、矩形差分反射空间构建模块：在基站和移动终端之间部署可重构智能表面，构建矩形差分反射空间；

40、信号发送模块：将比特信息映射为所述矩形差分反射空间的发送信号；

41、信号接收模块：对所述矩形差分反射空间的接收信号进行译码，还原比特信息。

42、为实现上述目的，本发明提供一种电子设备，包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述针对一种基于可重构智能表面的双域索引调制通信方法。

43、为实现上述目的，本发明提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述针对一种基于可重构智能表面的双域索引调制通信方法。

44、基于此，本发明的有益效果在于：

45、对比同类的差分索引调制方案，提出的矩形差分反射空间的矩形色散矩阵是非方形的，这将有效提高频谱效率，简化射频链的空时映射关系，并且大大降低了接收端检测复杂度，矩形差分反射空间同时具有低检测译码复杂度和高通信可靠性的优势，矩形差分反射空间在实现相同或更高频谱效率的条件下，获得了同类差分调制方案更好的误比特率性能和更低的译码检测复杂度。

技术特征：

1.一种基于可重构智能表面的双域索引调制通信方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于可重构智能表面的双域索引调制通信方法，其特征在于，构建基站和可重构智能表面之间的信道矩阵，得到第一信道矩阵并将其表示为，构建移动终端和可重构智能表面之间的信道矩阵，得到第二信道矩阵并将其表示为，构建移动终端和基站之间的信道矩阵，得到第三信道矩阵并将其表示为，整合所述第一信道矩阵、第二信道矩阵和第三信道矩阵得到等效信道矩阵并将其表示为，其中，表示基站激活第根天线并且在可重构智能表面处选择第个反射模式时的等效信道矢量，表示发射天线。

3.根据权利要求2所述的一种基于可重构智能表面的双域索引调制通信方法，其特征在于，构建所述等效信道矩阵的公式为，

4.根据权利要求3所述的一种基于可重构智能表面的双域索引调制通信方法，其特征在于，所述矩形差分反射空间的每个传输块信号包含个码字时隙，一帧信号共占用个所述码字时隙，一帧信号包含个参考传输块和个信息传输块。

5.根据权利要求4所述的一种基于可重构智能表面的双域索引调制通信方法，其特征在于，每个传输块信号发送个比特信息，个比特用于映射矩形色散矩阵，个比特用于映射个阶相移键控符号，将阶相移键控符号在主对角线上堆叠为方阵，矩形色散矩阵的行表示联合选择激活天线和可重构智能表面反射模式，矩形色散矩阵的列表示时隙的索引，对矩形色散矩阵进行分块使得其每行和每列中有且仅有一个模为1的非零元素。

6.根据权利要求5所述的一种基于可重构智能表面的双域索引调制通信方法，其特征在于，所述矩形差分反射空间的信息传输矩阵为，对索引调制信号进行矩形差分调制，发射的第个的信息传输块为，其中，为前一个发送的信息传输块，为拓展运算函数，运用拓展运算函数将拓展为具有稀疏性的酉矩阵，其中，为右移矩阵，为维度为的单位阵，通过拓展运算函数实现矩形差分编码，其中公式为，

7.根据权利要求6所述的一种基于可重构智能表面的双域索引调制通信方法，其特征在于，接收到的第个传输块为，其中，表示加性高斯白噪声，基于拓展运算函数的逆运算通过最大似然检测公式遍历信息传输矩阵的合法码本进行译码，通过编码映射关系得到比特信息，其中公式为，

8.一种基于可重构智能表面的双域索引调制通信系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的一种基于可重构智能表面的双域索引调制通信方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的一种基于可重构智能表面的双域索引调制通信方法。

技术总结
本发明涉及移动通信技术领域，公开了一种基于可重构智能表面的双域索引调制通信方法，包括：在基站和移动终端之间部署可重构智能表面，构建矩形差分反射空间，将比特信息映射为矩形差分反射空间的发送信号，对矩形差分反射空间的接收信号进行译码，还原比特信息。本发明通过矩形色散矩阵联合映射激活的发射天线和可重构智能表面的反射模式，从而实现“反射和空间”的双域联合索引调制多输入多输出通信系统。本发明提出的矩形差分反射空间调制通过矩形差分编码的方法，实现通信接收机的低复杂度非相干检测。本发明还通过数字波束形成的方法进一步提升了系统的频谱效率和通信可靠性。

技术研发人员：王仁丁,冯宇,王亮,章鹏,金小萍
受保护的技术使用者：浙江香农通信科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13