CN112073092B - 一种基于ris抑制v2x通信中多普勒效应的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种在车对基础设施（简称V2X）通信中，利用可重构智能表面RIS抑制多普勒效应和多径衰落的方法。该方法中，在通信环境中布置RIS，并优化RIS对交互对象置换的排列，选取最优排列方式。通过实时调节RIS每个单元的反射，有效地降低由于多普勒效应而引起的接收信号的快速波动，抑制多普勒效应和多径衰落。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于RIS抑制V2X通信中多普勒效应的方法。
背景技术
车载无线通信以移动车体作为通信终端的承载体，通过无线网络的信号传递实现面向用户安全与服务业务的实时信息交互。其中车对基础设施（简称V2X）通信在道路安全和其他应用中受到越来越多的重视。与传统的无线通信相比，V2X通信面临的挑战有多径分量的不同时延而产生的符号间干扰，以及由于车和/或周围物体的高移动性而产生的多普勒效应。
近年来，可重构智能表面（简称RIS）由于可实现对无线环境的控制，引起无线研究界的关注。RIS是一种智能设备，能够有意识地控制入射波的反射/散射特性，从而提高接收机的信号质量。针对RIS的这一特性，本发明提出一种方法，将RIS应用在V2X通信领域，利用RIS抑制车载通信的多普勒效应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于RIS抑制V2X通信中多普勒效应的方法，通过实时可调节RIS，有效地降低由于多普勒效应而引起的接收信号的快速波动，抑制V2X通信中多普勒效应。
本发明的第一方面，提供一种基于RIS抑制V2X通信中多普勒效应的方法，应用于V2X通信环境，所述抑制V2X通信的多普勒效应和多径衰落系统包括：一个多天线基站（BS）、一辆移动的车辆，M个交互对象,N个可重构智能表面RIS，中央处理器；所述方法包括：基站发送信号，信号经过RIS反射和交互对象到达车辆；所述中央处理器掌握所有多普勒相位的信息，并对所有RIS进行动态控制，将N个RIS实时分配给M个相应的交互对象；在某一时刻，考虑到对M个交互对象进行N个置换的所有可能性；考虑到所有的排列，构造可能的RIS相位集；对于每一置换，所述中央处理器可获得接收信号样本的相应估计值，并得到最佳排列方式；根据所述最优排列方式，所述中央处理器对所有RIS进行动态控制，将N个RIS实时分配给M个相应的交互对象；根据最优排列方式，获得所述RIS最优目标交互对象集合；RIS根据所述最优目标交互对象集合，调整RIS反射相位以消除交互对象反射相位，减少多普勒扩展。
可选地，在所述中央处理器对所有RIS进行动态控制之前，所述方法还包括：
所述RIS反射面足够大和光滑，镜面反射根据斯涅尔定律发生；所述RIS能够根据时间和车辆移动动态调整其反射系数；获得车辆移动速度Vm/s；在所述V2X通信环境中，除了来自基站的视距信号外，从交互对象反射的一次反射信号也会到达车辆的接收机；交互对象的单位幅度和相位的反射系数为−1；假设来自交互对象的所有反射信号在车辆的移动期间在短时间内保持平行。
可选地，为分析接收信号中多普勒效应对时间的影响，所述方法还包括：
RIS和平面交互对象的多普勒频移不仅取决于车辆的速度，而且还取决于它们相对于车辆的相对位置，即入射信号的到达角。第i个RIS的多普勒频移 f R,i =f D cosα i ，第k个平面交互对象的多普勒频移f k =f D cosβ k ，其中f D =V/λ是在通带中相对于标称载波频率或在低通等效表示中相对于0Hz的多普勒频移，V是车辆移动速度，λ表示波长，α i 和β k 是第i个RIS和第k个平面交互对象反射信号的到达角。
本发明的第二方面，提供一种基于RIS抑制V2X通信中多普勒效应的方法的装置，应用于V2X通信环境，所述抑制V2X通信中多普勒效应系统包括：一个多天线基站（BS）、一辆移动的车辆，M 个交互对象, N 个可重构智能表面RIS，一个中央处理器；所述装置包括：获得模块，用于获得所有多普勒相位的信息；第一计算模块，用于计算对M个交互对象进行N个置换的所有可能性；第二计算模块，用于计算最优排列方式；控制模块，用于对所有RIS进行动态控制，实时分配给相应的交互对象；确定模块，用于根据最优排列方式，获得所述RIS最优目标交互对象集合，RIS根据所述最优目标交互对象集合，调整RIS反射相位以消除交互对象反射相位，减少多普勒扩展。
可选地，确定模块，还用于确定t 0 时刻RIS反射相位。
本发明具有如下优点：
1、通过消除普通交互对象信号来修改多普勒频谱，从而更有效地减少在时域观察到的衰落模式，确保复包络的幅度近似恒定；
2、利用RIS控制传播环境，确保了复包络的最大幅度。
附图说明
图1是所述方法工作流程图；
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行详细描述：
本发明提出一种基于RIS抑制V2X通信中多普勒效应的方法，其具有一个基站（BS）、一辆移动的车辆，M个交互对象, N个可重构智能表面RIS。车辆以V m/s的速度移动。在该通信系统中，除了来自基站的视距信号外，从交互对象反射的一次反射信号也会到达车辆的接收机。假设反射面足够大和光滑，镜面反射根据斯涅尔定律发生。在不损失一般性的情况下，为了便于显示，我们考虑了交互对象的单位幅度和相位的反射系数为−1。且假设来自交互对象的所有反射信号在车辆的移动期间在短时间内保持平行。假设不可控反射器，即普通交互对象数量M比RIS数量N多，可直接将N个RIS对准视距路径以提高接收信号强度，或者消除M个平面交互对象产生的反射，以减少多普勒扩展。在中央处理器掌握所有多普勒相位的信息的前提下，调整RIS反射相位的具体步骤是：
1、在t=t 0 时刻，考虑到对M个交互对象进行N个置换的所有可能性，即n=1,2, …,C(M,N)N!，其中C(·)表示二项式系数，N!表示阶乘。用P n ={P n 1 ,P n 2 ,…,P n N }表示第n个排列，即交互对象集合；
2、考虑到所有的排列，构造可能的RIS相位集：θ i (t 0)=-2πf R,i t 0+Ψ i +2πf Pn,i t 0-Φ Pn,i ，模为2π，i=1,2, …,N, n=1,2, …, C(M,N)N!；
其中：
f R,i ：第i个RIS的多普勒频移
f Pn,i ：最优目标交互对象集合为P n 中第i个平面交互对象的多普勒频移
Ψ i ：第i个RIS的恒定相移
Φ Pn,i ：最优目标交互对象集合为P n 中第i个平面交互对象的恒定相移
3、对于第n个置换，可获得接收信号的相应估计值，使得接收信号最大的排列方式n’为最佳排列方式；
4、根据最优排列方式n’，中央处理器对所有RIS进行动态控制，实时分配给最优排列方式n’对应的交互对象；
5、RIS最优目标交互对象集合为P n’ ，并相应地调整RIS反射相位：θ’ i (t 0)=-2πf R,i t 0+Ψ i +2πf Pn’,i t 0-Φ Pn’,i （模为2π），i=1,2, …,N。
Claims (4)
1.一种基于RIS抑制V2X通信中多普勒效应的方法，其特征在于，应用于V2X通信环境，所述V2X通信环境包括：一个多天线基站（BS）、一辆移动的车辆，M个交互对象,N个可重构智能表面RIS，一个中央处理器；其中，所述RIS包括多个RIS元件单元；所述方法包括：基站发送信号，信号经过RIS和交互对象反射到达车辆；所述中央处理器掌握所有多普勒相位的信息，并对所有RIS进行动态控制，将N个RIS实时分配给M个交互对象；将RIS与视距路径对齐，并调整RIS反射相位以消除交互对象反射相位，减少多普勒扩展。
2.根据权利要求1所述的一种基于RIS抑制V2X通信中多普勒效应的方法，其特征在于，考虑到对M个交互对象进行N个置换的所有可能性；考虑到所有的排列，构造可能的RIS相位集；对于每一置换，所述中央处理器可获得接收信号样本的相应估计值，并得到最优排列方式；根据所述最优排列方式，所述中央处理器对所有RIS进行动态控制，并将N个RIS实时分配给M个相应的交互对象；根据最优排列方式，获得所述RIS最优目标交互对象集合；RIS根据所述最优目标交互对象集合，调整RIS反射相位以消除交互对象反射相位，减少多普勒扩展。
3.根据权利要求2所述的一种基于RIS抑制V2X通信中多普勒效应的方法，其特征在于，在所述中央处理器对所有RIS进行动态控制之前，所述RIS反射面足够大和光滑，镜面反射根据斯涅尔定律发生；所述RIS能够根据时间和车辆移动动态调整其反射系数；获得车辆移动速度Vm/s；在所述V2X通信环境中，除了来自基站的视距信号外，从交互对象反射的一次反射信号也会到达车辆的接收机；交互对象的单位幅度和相位的反射系数为-1。
4.根据权利要求2所述的一种基于RIS抑制V2X通信中多普勒效应的方法，其特征在于，所述RIS的智能反射由时变和单位增益反射系数共同决定；RIS和平面交互对象的多普勒频移不仅取决于车辆的速度，而且还取决于它们相对于车辆的相对位置，即入射信号的到达角，第i个RIS的多普勒频移f R,i = f D cosα i ，第k个平面交互对象的多普勒频移f k =f D cosβ k ，其中f D =V/λ是在通带中相对于标称载波频率或在低通等效表示中相对于0Hz的多普勒频移，V是车辆移动速度，λ表示波长，α i 和β k 是第i个RIS和第k个平面交互对象反射信号的到达角，其中i=1,2, …,N, k=1,2, …,M；考虑到对M个交互对象进行N个置换的所有可能性，即n=1,2, …, C(M,N)N!，其中C(·)表示二项式系数，N!表示阶乘，用P n ={P n 1 ,P n 2 ,…,P n N }表示第n个排列，即交互对象集合；对于第n个置换，可获得接收信号的相应估计值，使得接收信号最大的排列方式n’为最佳排列方式，P n’ 为最优目标交互对象集合；RIS反射相位可以表示为θ’ i (t 0)=-2πf R,i t 0+Ψ i +2πf Pn’,i t 0-Φ Pn’,i ，模为2π，i=1,2, …,N，其中f R,i 是第i个RIS的多普勒频移；f Pn’,i 是最优目标交互对象集合为P n’ 中第i个平面交互对象的多普勒频移；Ψ i 是第i个RIS的恒定相移；Φ Pn’,i 是最优目标交互对象集合为P n’ 中第i个平面交互对象的恒定相移。
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