基于时间调制超表面的波束追踪系统及用户方位确定方法

本公开涉及无线通信，具体地，涉及一种基于时间调制超表面的波束追踪系统及用户方位确定方法。

背景技术：

1、6g通信的频率较高，根据电磁波传播理论，信号衰减会随着距离增加变的更大。因此，6g通信高度依赖视线路径(los)信道。然而，在实际通信场景中，信号发射设备与接收设备之间的los往往被许多障碍物所遮挡。具有相位调节能力的反射型超表面被称之为智能反射面。智能反射面能够通过对每个单元反射相位的控制，实现不同的反射波束指向，从而有效改善信道环境，大大地提高下一代移动通信的性能。然而移动用户的位置是动态变化的，预估用户的方位，并将波束对准用户是至关重要的。

2、现有的对用户进行方位预估的方法主要包括：信道状态信息估计方法、波束扫描方法以及端到端的学习方法。然而，基于信道状态信息估计方法进行用户方位预估会随着智能反射面单元数量的增加，训练的开销也会增加。基于波束扫描方法进行用户方位预估不仅需要消耗较多的扫描时间，而且需要额外的反馈链路。通过端到端的学习方法进行用户方位预估也需要额外的先验信息作为网络的输入。

3、因此，如何利用反射面进行高效地用户方位感知及追踪是十分重要的。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本公开的目的是提供一种基于时间调制超表面的波束追踪系统及用户方位确定方法。

2、为实现上述目的根据本公开的一个方面，提供一种基于时间调制超表面的波束追踪系统，包括：移动用户、现场可编程逻辑器件、超表面阵列以及基站；

3、所述移动用户用于发射导频信号至所述超表面阵列；

4、所述现场可编程逻辑器件与所述超表面阵列连接，所述现场可编程逻辑器件用于输出控制所述超表面阵列进行周期性时间调制的调制时序，所述调制时序包括巴克码序列和周期调制时序；

5、所述超表面阵列包括多个周期性排列的电磁调控单元，所述超表面阵列用于在所述调制时序的控制下进行周期性时间调制以及对所述导频信号进行散射；

6、所述基站与所述超表面阵列呈预设位置设置，所述基站用于接收经过所述超表面阵列散射的散射波信号。

7、可选地，所述巴克码序列用于定位所述周期性时间调制的起始时刻，所述周期调制时序用于确定所述移动用户的方位信息。

8、可选地，所述超表面阵列包括m×n的电磁调控单元。

9、根据本公开的第二方面，提供一种用户方位确定方法，包括：

10、采用现场可编程逻辑器件输出调制时序，所述调制时序包括巴克码序列和周期调制时序；

11、根据所述周期调制时序，对超表面阵列进行周期性时间调制，确定经过调制的所述超表面阵列；

12、采用经过调制的所述超表面阵列对移动用户发射的导频信号进行散射处理，确定散射波信号；

13、采用基站接收所述散射波信号，对所述散射波信号进行频谱分析处理，确定所述移动用户的方位信息。

14、可选地，所述周期调制时序包括行调制时序和列调制时序；

15、所述方法还包括：

16、根据所述周期调制时序的周期时间、所述超表面阵列的行数以及所述超表面阵列的总行数，确定所述超表面阵列的行调制时序；

17、根据所述周期调制时序的周期时间、所述超表面阵列的列数以及所述超表面阵列的总列数，确定所述超表面阵列的列调制时序。

18、可选地，所述根据所述调制时序，对超表面阵列进行周期性时间调制，确定经过调制的所述超表面阵列，包括：

19、根据所述超表面阵列的行调制时序对所述超表面阵列的每一行的所述电磁调控单元进行行调制，确定经过所述行调制的所述超表面阵列；

20、根据所述超表面阵列的列调制时序对所述超表面阵列的每一列的所述电磁调控单元进行列调制，确定经过所述列调制的所述超表面阵列。

21、可选地，所述散射波信号包括第一散射波信号和第二散射波信号。

22、可选地，所述采用经过调制的所述超表面阵列对移动用户发射的导频信号进行散射处理，确定散射波信号，包括：

23、采用所述经过所述行调制的所述超表面阵列对所述导频信号进行散射处理，确定第一散射波信号；

24、采用所述经过所述列调制的所述超表面阵列对所述导频信号进行散射处理，确定第二散射波信号。

25、可选地，所述对所述散射波信号进行频谱分析处理，确定所述移动用户的方位信息，包括：

26、对所述超表面阵列进行行调制，根据所述第一散射波信号的谐波域表示和预设的频谱分析算法，确定所述移动用户发射的导频信号方向矢量与y轴方向的夹角的余弦值；

27、对所述超表面阵列进行列调制，根据所述第二散射波信号的谐波域表示和所述预设的频谱分析算法，确定所述移动用户发射的导频信号方向矢量与x轴方向的夹角的余弦值；

28、根据所述移动用户发射的导频信号方向矢量与y轴方向的夹角的余弦值和所述移动用户发射的导频信号方向矢量与x轴方向的夹角的余弦值，确定所述移动用户的方位信息。

29、可选地，所述移动用户的方位信息包括所述移动用户相对于所述超表面阵列的方位角和所述移动用户相对于所述超表面阵列的俯仰角。

30、可选地，所述根据所述移动用户发射的导频信号方向矢量与x轴方向的夹角的余弦值和所述移动用户发射的导频信号方向矢量与y轴方向的夹角的余弦值，确定所述移动用户的方位信息，包括：

31、

32、其中，表示所述移动用户相对于所述超表面阵列的方位角的预测值，表示所述移动用户相对于所述超表面阵列的俯仰角的预测值，ax表示所述导频信号方向矢量与所述x轴方向的夹角，ay表示所述导频信号方向矢量与所述x轴方向的夹角。

33、与现有技术相比，本公开实施例具有如下至少一种有益效果：

34、通过上述技术方案，采用移动用户、现场可编程逻辑器件、超表面阵列以及基站形成基于时间调制超表面的波束追踪系统，现场可编程逻辑器件用于控制超表面阵列进行周期性时间调制，超表面阵列用于散射移动用户发射的导频信号，基站与超表面阵列呈预设位置设置并接收经过超表面阵列散射的散射波信号，基站接收散射波信号通过单通道接收链路，系统结构简单，无需额外的反馈链路。

35、本公开的实施例，通过对基站接收的经过周期性时间调制的超表面阵列散射的散射波信号进行频谱分析处理，确定移动用户的方位信息，其采用巴克码序列定位周期性时间调制的起始时刻，并基于周期性时间调制的起始时刻，采用基站截取预设时长的散射波信号进行频谱分析处理，对移动用户的方位信息进行预测，计算简单，无需波束搜索或者编码预训练，节约计算资源。

技术特征：

1.一种基于时间调制超表面的波束追踪系统，其特征在于，包括：移动用户、现场可编程逻辑器件、超表面阵列以及基站；

2.根据权利要求1所述的基于时间调制超表面的波束追踪系统，其特征在于，所述巴克码序列用于定位所述周期性时间调制的起始时刻，所述周期调制时序用于确定所述移动用户的方位信息。

3.根据权利要求1所述的基于时间调制超表面的波束追踪系统，其特征在于，所述超表面阵列包括m×n的电磁调控单元。

4.一种用户方位确定方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述周期调制时序包括行调制时序和列调制时序；

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述调制时序，对超表面阵列进行周期性时间调制，确定经过调制的所述超表面阵列，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述散射波信号包括第一散射波信号和第二散射波信号；

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述散射波信号进行频谱分析处理，确定所述移动用户的方位信息，包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述移动用户的方位信息包括所述移动用户相对于所述超表面阵列的方位角和所述移动用户相对于所述超表面阵列的俯仰角。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述移动用户发射的导频信号方向矢量与x轴方向的夹角的余弦值和所述移动用户发射的导频信号方向矢量与y轴方向的夹角的余弦值，确定所述移动用户的方位信息，包括：

技术总结本公开提供一种基于时间调制超表面的波束追踪系统及用户方位确定方法，其中，基于时间调制超表面的波束追踪系统，包括：移动用户、现场可编程逻辑器件、超表面阵列、基站；移动用户发射导频信号至超表面阵列；现场可编程逻辑器件与超表面阵列连接，现场可编程逻辑器件用于输出控制超表面阵列进行周期性时间调制的调制时序，调制时序包括巴克码序列和周期调制时序；超表面阵列用于在调制时序的控制下进行周期性时间调制并对导频信号进行散射；基站与超表面阵列呈预设位置设置，基站用于接收经过超表面阵列散射的散射波信号。通过本公开，采用简单的系统结构，无需额外链路对移动用户的方位信息进行预测，节约资源成本，提高移动用户方位预测效率。技术研发人员：贺冲,李世源,严保将,展庆奎,孔亮,张驰受保护的技术使用者：上海交通大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29