CN111416646A - 传播环境可调控方法、装置、电子设备和计算机存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种传播环境可调控方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质，涉及无线通信技术领域。方法包括：在多天线基站和用户终端之间部署RIS，以将基站发射出的信号反射到用户，具体地，多天线基站根据预设数字波束成形矩阵，对发射信号进行数字波束成形处理，得到指向RIS的发射信号，RIS根据预设相移，对入射信号进行模拟波束成形处理，将入射信号反射到多个单天线用户终端，本申请实施例通过在基站和用户之间部署RIS，利用RIS将基站发来的信号反射给用户，改变了基站信号的传播环境，使得基站产生的信号可以避开障碍物传输，将信号的传播环境重塑成一个理想状态，有效解决信号衰落、障碍物遮挡等问题，提高数据传输速率。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种传播环境可调控方法、装置、电子设备和计算机存储介质。
背景技术
随着通信技术的不断发展，移动设备的数量爆炸式增长引发了未来无线系统对高速且无缝数据服务的迫切需求。基站与用户天线之间的传播环境是影响无线数据传输的重要因素，通常情况下，基站与用户天线之间的传播环境是复杂的时变无线环境，因此，如何在复杂的时变无线环境中提高链路质量成为一个亟待解决的问题。
传统的用于增强目标信号的方法均依赖于额外的硬件，这不可避免的带来高功耗和高复杂度的信号处理等问题。
近年来，一种新的传输技术RIS(Reconfigurable Intelligent Surface，可重构智能表面)应运而生，该技术通过控制多个散射体(RIS元件)的电磁响应，将传播环境塑造成理想的形态。具体来说，RIS是一种超薄表面，嵌有多个RIS元件，它们的电磁响应(如相移)可以由简单的可编程PIN二极管控制，进而将入射信号以定向波束的形式反射，最终传播环境塑造成理想的形态。与传统天线发射的散射波不同，在基于RIS的可编程传播环境中，接收信号直接反射到接收机，没有额外的硬件功耗产生，并且提高了链路质量和覆盖面积。
但是现有技术中，在应用RIS传输技术时，有很多因素未被考虑到，例如，用户间的干扰或者RIS元件的相移为离散相移等因素，这就导致现有技术中对于RIS元件的相移确定不准确，进而导致系统的数据传输率较低的问题。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种传播环境可调控方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质。
本发明的第一方面，提供了一种传播环境可调控方法，应用于传播环境调控系统，所述传播环境调控系统包括：多天线基站、可重构智能表面RIS和多个单天线用户终端，其中，所述RIS包括多个RIS元件；所述方法包括：
所述多天线基站根据预设数字波束成形矩阵，对发射信号进行数字波束成形处理，得到指向所述RIS的发射信号；
所述RIS根据预设相移，对入射信号进行模拟波束成形处理，将所述入射信号反射到所述多个单天线用户终端。
可选地，在所述多天线基站根据预设数字波束成形矩阵，对发射信号进行数字波束成形处理之前，所述方法还包括：
获得各个所述RIS元件的初始相移；
根据各个所述RIS元件的所述初始相移，确定数字波束成形矩阵；
根据所述数字波束成形矩阵、环境参数和信号参数，确定各个所述RIS元件的目标相移，所述环境参数包括：所述多天线基站上各个天线到各个所述RIS元件之间的距离和反射系数，各个所述RIS元件到多个单天线用户终端中的每个单天线用户终端之间的距离和反射系数，所述信号参数至少包括所述发射信号的波长；
根据各个所述RIS元件的所述目标相移以及所述数字波束成形矩阵，确定当前传播环境对应的数据传输速率，所述当前传播环境为满足各个所述RIS元件的目标相移以及所述数字波束成形矩阵条件下的传播环境；
以各个所述RIS元件的所述目标相移作为各个所述RIS元件的初始相移，返回步骤：根据各个所述RIS元件的所述初始相移，确定数字波束成形矩阵，直到前后两次迭代确定的数据传输速率的差值小于预设阈值；
确定多次迭代后的所述数字波束成形矩阵为所述预设数字波束成形矩阵，确定多次迭代后的各个所述RIS元件的目标相移为所述RIS的预设相移。
可选地，根据各个所述RIS元件的所述目标相移以及所述数字波束成形矩阵，确定当前传播环境对应的数据传输速率，包括：
通过以下公式确定当前传播环境对应的数据传输速率：
其中，Rk表示第k个单天线用户终端的数据传输速率，
表示用户k接收到的有效信号，
表示用户k收到的其他用户的干扰，
表示与各个所述RIS元件的目标相移高度相关的矩阵的共轭转置矩阵中的第k列，VD,k表示数字波束成形矩阵的第k列，σ表示环境噪声，k表示第k个用户，k′表示除去第k个用户之外的其他用户。
可选地，在根据所述数字波束成形矩阵、环境参数和信号参数，确定各个所述RIS元件的目标相移之后，所述方法还包括：
判断各个所述RIS元件的所述目标相移是否与标准相移集合中的标准相移匹配；
在所述目标相移与所述标准相移集合中的所述标准相移不匹配的情况下，选择临近的标准相移作为所述RIS元件的目标相移。
可选地，所述标准相移是离散相移，所述方法还包括：
通过以下公式确定所述标准相移集合中的标准相移：
其中，θl1,l2表示第(l1,l2)个RIS元件的标准相移，第(l1,l2)个RIS元件对应的频响θl1,l2＝ejθl1,l2，ml1,l2∈(0，1,…,2b-1)，0≤l1,l2≤NR-1，其中，NR表示RIS的尺寸，即每个RIS包括NR×NR个RIS元件。
可选地，所述多天线基站、可重构智能表面RIS和多个用户终端之间形成基站-RIS-用户终端的两段式信道，所述信道的衰减特性服从Dn律，其中D为所述多天线基站到所述RIS的传播距离与所述RIS到用户终端的传播距离的乘积，n表示路径损耗指数，通过查表得到。
本发明的第二方面，提供了一种传播环境可调控装置，应用于传播环境调控系统，所述传播环境调控系统包括：多天线基站、可重构智能表面RIS和多个单天线用户终端，其中，所述RIS包括多个RIS元件；所述装置包括：
数字波束成形模块，用于所述多天线基站根据预设数字波束成形矩阵，对发射信号进行数字波束成形处理，得到指向所述RIS的发射信号；
模拟波束成形模块，用于所述RIS根据预设相移，对入射信号进行模拟波束成形处理，将所述入射信号反射到所述多个单天线用户终端。
可选地，所述装置还包括：
获得模块，用于获得各个所述RIS元件的初始相移；
第一确定模块，用于根据各个所述RIS元件的所述初始相移，确定数字波束成形矩阵；
第二确定模块，用于根据所述数字波束成形矩阵、环境参数和信号参数，确定各个所述RIS元件的目标相移，所述环境参数包括：所述多天线基站上各个天线到各个所述RIS元件之间的距离和反射系数，各个所述RIS元件到多个单天线用户终端中的每个单天线用户终端之间的距离和反射系数，所述信号参数至少包括所述发射信号的波长；
第三确定模块，用于根据各个所述RIS元件的所述目标相移以及所述数字波束成形矩阵，确定当前传播环境对应的数据传输速率，所述当前传播环境为满足各个所述RIS元件的目标相移以及所述数字波束成形矩阵条件下的传播环境；
返回模块，用于以各个所述RIS元件的所述目标相移作为各个所述RIS元件的初始相移，返回步骤：根据各个所述RIS元件的所述初始相移，确定数字波束成形矩阵，直到前后两次迭代确定的数据传输速率的差值小于预设阈值；
第四确定模块，用于确定多次迭代后的所述数字波束成形矩阵为所述预设数字波束成形矩阵，确定多次迭代后的各个所述RIS元件的目标相移为所述RIS的预设相移。
可选地，所述第三确定模块，还用于通过以下公式确定当前传播环境对应的数据传输速率：
其中，Rk表示第k个单天线用户终端的数据传输速率，
表示用户k接收到的有效信号，
表示用户k收到的其他用户的干扰，
表示与各个所述RIS元件的目标相移高度相关的矩阵的共轭转置矩阵中的第k列，VD,k表示数字波束成形矩阵的第k列，σ表示环境噪声，k表示第k个用户，k′表示除去第k个用户之外的其他用户。
可选地，所属装置还包括：
判断模块，用于判断各个所述RIS元件的所述目标相移是否与标准相移集合中的标准相移匹配；
选择模块，用于在所述目标相移与所述标准相移集合中的所述标准相移不匹配的情况下，选择临近的标准相移作为所述RIS元件的目标相移。
可选地，所述装置还包括：
第五确定模块，用于通过以下公式确定所述标准相移集合中的标准相移：
其中，θl1,l2表示第(l1,l2)个RIS元件的标准相移，第(l1,l2)个RIS元件对应的频响θl1,l2＝ejθl1,l2，ml1,l2∈(0，1,…,2b-1)，0≤l1,l2≤NR-1，其中，NR表示RIS的尺寸，即每个RIS包括NR×NR个RIS元件。
可选地，所述多天线基站、可重构智能表面RIS和多个用户终端之间形成基站-RIS-用户终端的两段式信道，所述信道的衰减特性服从Dn律，其中D为所述多天线基站到所述RIS的传播距离与所述RIS到用户终端的传播距离的乘积，n表示路径损耗指数，通过查表得到。
本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括：存储器、处理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上述任一项所述的传播环境可调控方法的步骤。
本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的传播环境可调控方法的步骤。
本发明实施例包括以下优点：
本发明实施例提供的一种传播环境可调控方法，通过在基站和用户之间部署RIS，利用RIS将基站发来的信号反射给用户，改变了基站信号的传播环境，使得基站产生的信号可以避开障碍物传输，将信号的传播环境重塑成一个理想状态，有效解决信号衰落、障碍物遮挡等问题，提高数据传输速率，具体地，多天线基站可以根据预设数字波束成形矩阵，对发射信号进行数字波束成形处理，得到指向所述RIS的发射信号，基站产生的发射信号来到RIS之后，RIS可以根据预设相移，对入射信号进行模拟波束成形处理，直接将所述入射信号反射到所述多个单天线用户终端，本申请实施例首先在多天线基站便对发射信号进行信号处理，使得发射信号定向传输到RIS，相较于现有技术中只在RIS处进行模拟波束成形，可以进一步提高通信链路质量，保障发射信号的传输速率。整个过程，通过基站的数字波束成形，以及RIS的模拟波束成形，使得基站产生的信号可以避开障碍物传输，将信号的传播环境重塑成一个理想状态，有效解决衰落、障碍物遮挡等问题，提高数据传输速率。
此外本实施例中先不管模拟波束成形配置，首先推导数字波束成形矩阵，在已推导出数字波束成形矩阵的情况下，优化模拟波束成形配置，即优化各个所述RIS元件的相移，这就相当于把相移对传输速率的影响单独拿出来优化，然后再优化数字波束成形矩阵，使得提高数据传输速率的问题可以分解成为两个简单的子问题，保证了数字波束成形矩阵以及模拟波束成形配置计算的简便性与准确性，同时，本实施例在建模过程中考虑了用户间干扰这一项，并且通过采用多次迭代的方式，优化数字波束成形矩阵以及模拟波束成形配置，可以消除用户间的干扰，进一步提高数据传输速率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明一实施例提供的一种传播环境可调控方法的场景示意图；
图2是本发明一实施例提供的一种传播环境可调控方法的步骤流程图；
图3是本发明另一实施例提供的一种传播环境可调控方法的步骤流程图；
图4是本发明一实施例提供的一种传播环境可调控装置的结构框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
请参考图1，图1是本发明实施例提供的一种传播环境可调控方法的场景示意图。如图1所示，在一个下行的多用户通信系统中，一个多天线基站向多个单天线用户终端传输数据。这个无线环境是复杂且动态多变的，其中含有无法预测的衰落和潜在的障碍物。因此，直接从基站向用户通信，传输链路可能不够稳定，甚至宕机。
为了缓解上述问题，提出了本发明实施例的核心构思之一：如图1所示，在基站和用户之间部署一个RIS，利用混合波束成形，即在基站采用数字波束成形，而在RIS采用模拟波束成形进行配置，将基站的信号直接反射给用户，将传播环境重塑成一个理想状态，进而提高数据传输速率。
RIS是通过多个多位可编程的RIS元件实现的，这些元件按照波导技术分层放置在引导结构上，形成一个二维平面天线阵列。作为一种微型辐射元件，该元件所辐射的场的相位和振幅由该元件的极化率决定，因此，RIS控制器可以通过多个PIN二极管(开/关)来调节RIS中各个RIS元件的相移。
请参考图2，图2是本发明实施例提供的一种传播环境可调控方法的步骤流程图，该方法应用于传播环境可调控系统，所述传播环境可调控系统包括：多天线基站、可重构智能表面RIS和多个单天线用户终端，其中，所述RIS包括多个RIS元件，如图2所示，该方法可以包括以下步骤：
步骤S21，所述多天线基站根据预设数字波束成形矩阵，对发射信号进行数字波束成形处理，得到指向所述RIS的发射信号。
步骤S22，所述RIS根据预设相移，对入射信号进行模拟波束成形处理，将所述入射信号反射到所述多个单天线用户终端。
波束成形是指将一定几何形状排列的多元基阵各阵元输出经过处理(例如加权、时延、求和等)形成空间指向性的方法。
本实施例中，由于RIS元件不具有数字处理能力，本发明中采用一种混合波束成形，其中在基站采用数字波束成形，而在RIS采用模拟波束成形进行进行配置。
具体地，多天线基站可以根据预设数字波束成形矩阵，对发射信号进行数字波束成形处理，得到指向所述RIS的发射信号，基站产生的发射信号来到RIS之后，RIS可以根据预设相移，对入射信号进行模拟波束成形处理，直接将所述入射信号反射到所述多个单天线用户终端。
本实施例中，首先通过在基站和用户之间部署RIS，利用RIS将基站发来的信号反射给用户，改变了基站信号的传播环境，使得基站产生的信号可以避开障碍物传输，将信号的传播环境重塑成一个理想状态，有效解决信号衰落、障碍物遮挡等问题，提高数据传输速率，其次，本申请实施例在多天线基站便对发射信号进行信号处理，使得发射信号定向传输到RIS，相较于现有技术中只在RIS处进行模拟波束成形，可以进一步提高通信链路质量，保障发射信号的传输速率。
在一种实施方式中，所述多天线基站、可重构智能表面RIS和多个用户终端之间形成基站-RIS-用户终端的两段式信道。所述信道的衰减特性服从D n律，其中D为所述多天线基站到所述RIS的传播距离与所述RIS到用户终端的传播距离的乘积，n表示路径损耗指数，通过查表得到。
本实施例中，相邻的RIS元件之间的间距很小，通常比波长小很多，投射到RIS上的信号不再像传统天线传播的信号那样随机地分散到开放空间中，而是通过许多微型散射体促成的球面波的叠加进行折射和反射，无需任何额外的解码或信号转发过程，信号仅被动地由RIS沿反射路径反射，因此，本实施例中将信道建模为基站-RIS-用户终端的两段式信道。
请参考图3，图3是本发明实施例提供的一种传播环境可调控方法的步骤流程图，如图3所示，在步骤S21之前，该方法还可以包括以下步骤：
步骤S31，获得各个所述RIS元件的初始相移。
通常情况下，RIS在初次使用时会对各个RIS元件的相移进行初始化，此时初始化后的相移可以是看作是各个所述RIS元件的初始相移。
步骤S32，根据各个所述RIS元件的所述初始相移，确定数字波束成形矩阵。
本实施例中，在步骤S31获得各个所述RIS元件的初始相移之后，保持各个所述RIS元件的初始相移不变，便可以根据各个所述RIS元件的所述初始相移，确定数字波束成形矩阵。具体地，可以采用一种叫做迫零波束成形的数字波束成形，所以本实施例中，把迫零波束成形的功率分配看做是数字波束成形，并用注水算法求解功率，最终推导出数字波束成形矩阵。
步骤S33，根据所述数字波束成形矩阵、环境参数和信号参数，确定各个所述RIS元件的目标相移。
其中，所述环境参数包括：所述多天线基站上各个天线到各个所述RIS元件之间的距离和反射系数，各个所述RIS元件到多个单天线用户终端中的每个单天线用户终端之间的距离和反射系数，所述信号参数至少包括所述发射信号的波长。
本实施例中，确定各个所述RIS元件的目标相移可以转化为一个功率最小化问题，进而转化成一个混合整数半正定规划问题，最后利用Branch-and-bound算法，即分支定界算法求解。
步骤S34，根据各个所述RIS元件的所述目标相移以及所述数字波束成形矩阵，确定当前传播环境对应的数据传输速率。
其中，所述当前传播环境为满足各个所述RIS元件的目标相移以及所述数字波束成形矩阵条件下的传播环境。
本实施例中，在确定数字波束成形矩阵以及各个所述RIS元件的所述目标相移之后，可以确定当前传播环境对应的数据传输速率。
在一种实施方式中，可以通过以下公式确定当前传播环境对应的数据传输速率：
其中，Rk表示第k个单天线用户终端的数据传输速率，
表示用户k接收到的有效信号，
表示用户k收到的其他用户的干扰，
表示与各个所述RIS元件的目标相移高度相关的矩阵的共轭转置矩阵中的第k列，VD,k表示数字波束成形矩阵的第k列，σ表示环境噪声，k表示第k个用户，k′表示除去第k个用户之外的其他用户。
本实施例中，速率计算具体采用香农公式，即速率＝log(1+信噪比)，其中，信噪比＝有效信号/噪声，噪声＝用户间干扰+环境噪声。如此，本实施例中在建模过程中考虑了用户间干扰这一项。因此，采用优化后的各个所述RIS元件的相移以及数字波束成形矩阵，可以消除用户间的干扰，进一步提高数据传输速率。
步骤S35，以各个所述RIS元件的所述目标相移作为各个所述RIS元件的初始相移，返回步骤：根据各个所述RIS元件的所述初始相移，确定数字波束成形矩阵，直到前后两次迭代确定的数据传输速率的差值小于预设阈值。
本实施例中，需要通过多次迭代来优化数字波束成形矩阵和模拟波束成形配置，即优化各个所述RIS元件的相移，以得到最佳的数字波束成形矩阵和模拟波束成形配置。具体地，在本次得到模拟波束成形配置(即各个所述RIS元件的相移)之后，保持模拟波束成形配置不变，用同样的方式再次推导数字波束成形矩阵，即得到下一次的数字波束成形矩阵，重复上述过程进行迭代，直到收敛，收敛的标准是两次相邻迭代中，计算得到的数据传输速率的差值小于阈值。
步骤S36，确定多次迭代后的所述数字波束成形矩阵为所述预设数字波束成形矩阵，确定多次迭代后的各个所述RIS元件的目标相移为所述RIS的预设相移。
本实施例中，在上述收敛标准达到之后，即两次相邻迭代中，计算得到的数据传输速率的差值小于阈值时，可以确定多次迭代后的所述数字波束成形矩阵为所述预设数字波束成形矩阵，确定多次迭代后的各个所述RIS元件的目标相移为所述RIS的预设相移。
本实施例中先不管模拟波束成形配置，首先推导数字波束成形矩阵，在已推导出数字波束成形矩阵的情况下，优化模拟波束成形配置，即优化各个所述RIS元件的相移，这就相当于把相移对传输速率的影响单独拿出来优化，然后再优化数字波束成形矩阵，使得提高数据传输速率的问题可以分解成为两个简单的子问题，保证了数字波束成形矩阵以及模拟波束成形配置计算的简便性与准确性，同时，本实施例在建模过程中考虑了用户间干扰这一项，并且通过采用多次迭代的方式，优化数字波束成形矩阵以及模拟波束成形配置，可以消除用户间的干扰，进一步提高数据传输速率。
在一种实施方式中，考虑到RIS的电磁响应(如相移)是由简单的可编程PIN二极管控制，因此，RIS元件的相移值是有限离散的。对于b位可编程元件，每个RIS元件的相移的可选值有2的b次方个。例如，对于2位可编程元件，每个RIS元件的相移可以从4个可选值中选择一个。因此，如果在优化模拟波束成形配置时考虑的是离散相移，在上述步骤S33之后，还可以包括以下步骤：
步骤S331，判断各个所述RIS元件的所述目标相移是否与标准相移集合中的标准相移匹配。
步骤S332，在所述目标相移与所述标准相移集合中的所述标准相移不匹配的情况下，选择临近的标准相移作为所述RIS元件的目标相移。
本实施例中，标准相移集合是离散相移组成的集合，如果考虑离散相移，则需要判断各个所述RIS元件的所述目标相移是否与标准相移集合中的标准相移匹配，如果确定出的所述RIS元件的目标相移与标准相移匹配，则可以选择该目标相移作为模拟波束成形配置，如果确定出的所述RIS元件的目标相移与标准相移不匹配，则选择临近的标准相移作为所述RIS元件的目标相移。
实际情况中，由于RIS包括多个RIS元件，因此，可能存在其中部分RIS元件的目标相移与标准相移匹配，而部分RIS元件的目标相移与标准相移不匹配，因此，对于其中目标相移与标准相移匹配的部分RIS元件，目标相移保持不变，而对于其中目标相移与标准相移不匹配的部分RIS元件，需要针对不匹配的部分RIS元件中的每一个RIS元件，选择临近该RIS元件的标准相移作为所述RIS元件的目标相移。例如，确定的1号RIS元件的目标相移为π/2，标准相移集合为{0，π/3，2π/3，π}，因此1号RIS元件的目标相移与标准相移集合中的任意一个标准相移均不匹配，此时，选择与1号RIS元件的目标相移临近的标准相移作为RIS元件的目标相移，如果π/3与π/2临近，则选择π/3作为1号RIS元件的目标相移。
在一种实施方式中，可以采用gradient cut的方法来选择临近的标准相移。
在一种实施方式中，可以通过以下公式确定所述标准相移集合中的标准相移：
其中，θl1,l2表示第(l1,l2)个RIS元件的相移，其对应的频响
0≤l1,l2≤NR-1，其中，NR表示RIS的尺寸，即每个RIS包括NR×NR个RIS元件。
本实施例中，如果考虑RIS元件的相移是离散相移，在根据所述数字波束成形矩阵、环境参数和信号参数，确定各个所述RIS元件的目标相移之后，则需要继续对各个所述RIS元件的目标相移进行判断，进而使得各个所述RIS元件的目标相移均为离散相移，便于在优化RIS配置过程中能够准确确定最佳RIS配置，提高数据传输效率。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
基于相同的发明构思，参照图4，图4示出了本发明实施例提供的一种传播环境可调控装置的框图，如图4所示，所述装置包括：
数字波束成形模块41，用于所述多天线基站根据预设数字波束成形矩阵，对发射信号进行数字波束成形处理，得到指向所述RIS的发射信号；
模拟波束成形模块42，用于所述RIS根据预设相移，对入射信号进行模拟波束成形处理，将所述入射信号反射到所述多个单天线用户终端。
可选地，所述装置还包括：
获得模块，用于获得各个所述RIS元件的初始相移；
第一确定模块，用于根据各个所述RIS元件的所述初始相移，确定数字波束成形矩阵；
第二确定模块，用于根据所述数字波束成形矩阵、环境参数和信号参数，确定各个所述RIS元件的目标相移，所述环境参数包括：所述多天线基站上各个天线到各个所述RIS元件之间的距离和反射系数，各个所述RIS元件到多个单天线用户终端中的每个单天线用户终端之间的距离和反射系数，所述信号参数至少包括所述发射信号的波长；
第三确定模块，用于根据各个所述RIS元件的所述目标相移以及所述数字波束成形矩阵，确定当前传播环境对应的数据传输速率，所述当前传播环境为满足各个所述RIS元件的目标相移以及所述数字波束成形矩阵条件下的传播环境；
返回模块，用于以各个所述RIS元件的所述目标相移作为各个所述RIS元件的初始相移，返回步骤：根据各个所述RIS元件的所述初始相移，确定数字波束成形矩阵，直到前后两次迭代确定的数据传输速率的差值小于预设阈值；
第四确定模块，用于确定多次迭代后的所述数字波束成形矩阵为所述预设数字波束成形矩阵，确定多次迭代后的各个所述RIS元件的目标相移为所述RIS的预设相移。
可选地，所述第三确定模块，还用于通过以下公式确定当前传播环境对应的数据传输速率：
其中，Rk表示第k个单天线用户终端的数据传输速率，
表示用户k接收到的有效信号，
表示用户k收到的其他用户的干扰，
表示与各个所述RIS元件的目标相移高度相关的矩阵的共轭转置矩阵中的第k列，VD,k表示数字波束成形矩阵的第k列，σ表示环境噪声，k表示第k个用户，k′表示除去第k个用户之外的其他用户。
可选地，所属装置还包括：
判断模块，用于判断各个所述RIS元件的所述目标相移是否与标准相移集合中的标准相移匹配；
选择模块，用于在所述目标相移与所述标准相移集合中的所述标准相移不匹配的情况下，选择临近的标准相移作为所述RIS元件的目标相移。
可选地，所述装置还包括：
第五确定模块，用于通过以下公式确定所述标准相移集合中的标准相移：
其中，θl1,l2表示第(l1,l2)个RIS元件的标准相移，第(l1,l2)个RIS元件对应的频响θl1,l2＝ejθl1,l2，ml1,l2∈(0，1,…,2b-1)，0≤l1,l2≤NR-1，其中，NR表示RIS的尺寸，即每个RIS包括NR×NR个RIS元件。
可选地，所述多天线基站、可重构智能表面RIS和多个用户终端之间形成基站-RIS-用户终端的两段式信道，所述信道的衰减特性服从Dn律，其中D为所述多天线基站到所述RIS的传播距离与所述RIS到用户终端的传播距离的乘积，n表示路径损耗指数，通过查表得到。
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括处理器，存储器，存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述传播环境可调控方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
本发明实施例还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有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述传播环境可调控方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例可提供为方法、系统、装置或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、装置、电子设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理电子设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理电子设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的系统。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理电子设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令系统的制造品，该指令系统实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理电子设备上，使得在计算机或其他可编程电子设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程电子设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者电子设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者电子设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者电子设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种传播环境可调控方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种传播环境可调控方法，其特征在于，应用于传播环境调控系统，所述传播环境调控系统包括：多天线基站、可重构智能表面RIS和多个单天线用户终端，其中，所述RIS包括多个RIS元件；所述方法包括：
所述多天线基站根据预设数字波束成形矩阵，对发射信号进行数字波束成形处理，得到指向所述RIS的发射信号；
所述RIS根据预设相移，对入射信号进行模拟波束成形处理，将所述入射信号反射到所述多个单天线用户终端。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述多天线基站根据预设数字波束成形矩阵，对发射信号进行数字波束成形处理之前，所述方法还包括：
获得各个所述RIS元件的初始相移；
根据各个所述RIS元件的所述初始相移，确定数字波束成形矩阵；
根据所述数字波束成形矩阵、环境参数和信号参数，确定各个所述RIS元件的目标相移，所述环境参数包括：所述多天线基站上各个天线到各个所述RIS元件之间的距离和反射系数，各个所述RIS元件到多个单天线用户终端中的每个单天线用户终端之间的距离和反射系数，所述信号参数至少包括所述发射信号的波长；
根据各个所述RIS元件的所述目标相移以及所述数字波束成形矩阵，确定当前传播环境对应的数据传输速率，所述当前传播环境为满足各个所述RIS元件的目标相移以及所述数字波束成形矩阵条件下的传播环境；
以各个所述RIS元件的所述目标相移作为各个所述RIS元件的初始相移，返回步骤：根据各个所述RIS元件的所述初始相移，确定数字波束成形矩阵，直到前后两次迭代确定的数据传输速率的差值小于预设阈值；
确定多次迭代后的所述数字波束成形矩阵为所述预设数字波束成形矩阵，确定多次迭代后的各个所述RIS元件的目标相移为所述RIS的预设相移。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据各个所述RIS元件的所述目标相移以及所述数字波束成形矩阵，确定当前传播环境对应的数据传输速率，包括：
通过以下公式确定当前传播环境对应的数据传输速率：
其中，Rk表示第k个单天线用户终端的数据传输速率，
表示用户k接收到的有效信号，
表示用户k收到的其他用户的干扰，
表示与各个所述RIS元件的目标相移高度相关的矩阵的共轭转置矩阵中的第k列，VD,k表示数字波束成形矩阵的第k列，σ表示环境噪声，k表示第k个用户，k′表示除去第k个用户之外的其他用户。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在根据所述数字波束成形矩阵、环境参数和信号参数，确定各个所述RIS元件的目标相移之后，所述方法还包括：
判断各个所述RIS元件的所述目标相移是否与标准相移集合中的标准相移匹配；
在所述目标相移与所述标准相移集合中的所述标准相移不匹配的情况下，选择临近的标准相移作为所述RIS元件的目标相移。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述标准相移是离散相移，所述方法还包括：
通过以下公式确定所述标准相移集合中的标准相移：
其中，θl1,l2表示第(l1,l2)个RIS元件的标准相移，第(l1,l2)个RIS元件对应的频响
ml1,l2∈(0，1,…,2b-1)，0≤l1,l2≤NR-1，其中，NR表示RIS的尺寸，即每个RIS包括NR×NR个RIS元件。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多天线基站、可重构智能表面RIS和多个用户终端之间形成基站-RIS-用户终端的两段式信道，所述信道的衰减特性服从Dn律，其中D为所述多天线基站到所述RIS的传播距离与所述RIS到用户终端的传播距离的乘积，n表示路径损耗指数，通过查表得到。
7.一种传播环境可调控装置，其特征在于，应用于传播环境调控系统，所述传播环境调控系统包括：多天线基站、可重构智能表面RIS和多个单天线用户终端，其中，所述RIS包括多个RIS元件；所述装置包括：
数字波束成形模块，用于所述多天线基站根据预设数字波束成形矩阵，对发射信号进行数字波束成形处理，得到指向所述RIS的发射信号；
模拟波束成形模块，用于所述RIS根据预设相移，对入射信号进行模拟波束成形处理，将所述入射信号反射到所述多个单天线用户终端。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
获得模块，用于获得各个所述RIS元件的初始相移；
第一确定模块，用于根据各个所述RIS元件的所述初始相移，确定数字波束成形矩阵；
第二确定模块，用于根据所述数字波束成形矩阵、环境参数和信号参数，确定各个所述RIS元件的目标相移，所述环境参数包括：所述多天线基站上各个天线到各个所述RIS元件之间的距离和反射系数，各个所述RIS元件到多个单天线用户终端中的每个单天线用户终端之间的距离和反射系数，所述信号参数至少包括所述发射信号的波长；
第三确定模块，用于根据各个所述RIS元件的所述目标相移以及所述数字波束成形矩阵，确定当前传播环境对应的数据传输速率，所述当前传播环境为满足各个所述RIS元件的目标相移以及所述数字波束成形矩阵条件下的传播环境；
返回模块，用于以各个所述RIS元件的所述目标相移作为各个所述RIS元件的初始相移，返回步骤：根据各个所述RIS元件的所述初始相移，确定数字波束成形矩阵，直到前后两次迭代确定的数据传输速率的差值小于预设阈值；
第四确定模块，用于确定多次迭代后的所述数字波束成形矩阵为所述预设数字波束成形矩阵，确定多次迭代后的各个所述RIS元件的目标相移为所述RIS的预设相移。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理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6中任一项所述的传播环境可调控方法的步骤。
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有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的传播环境可调控方法的步骤。
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