CN113765561A - 基于信道互易性的全息波束成形方法、系统及存储介质 - Google Patents

基于信道互易性的全息波束成形方法、系统及存储介质 Download PDF

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CN113765561A CN202111042882.4A CN202111042882A CN113765561A CN 113765561 A CN113765561 A CN 113765561A CN 202111042882 A CN202111042882 A CN 202111042882A CN 113765561 A CN113765561 A CN 113765561A
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张雨童
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Abstract

本发明涉及一种基于信道互易性的全息波束成形方法、系统及存储介质。该方法在根据信道互易性得到从基站到每一用户的下行信道信息后，基于下行信道信息和可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅设计数字波束成形方案和基于可重构全息超表面的全息波束成形方案，然后，采用计算机迭代算法优化数字波束成形方案和基于可重构全息超表面的全息波束成形方案，进而采用优化后的数字波束成形方案和全息波束成形方案进行通信控制，可使得多用户通信系统总数据速率达到最大。并且，本发明主要应用于包括有可重构全息超表面的基站和用户间的通信，这就能够填补现有技术中没有基于信道互易性的RHS的全息波束成形方法研究的空白。

Description

基于信道互易性的全息波束成形方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种基于信道互易性的全息波束成形方法、系统及存储介质。
背景技术
为了实现无处不在的智能信息网络，即将到来的第六代(6G)无线通信对天线技术提出了严格的要求，如容量增强和精确的波束控制。虽然广泛使用的碟形天线和相控阵天线都有能力实现这些目标，但它们都存在着自身固有的缺陷，严重阻碍了它们的未来发展。具体而言，碟形天线需要沉重而昂贵的波束转向机械，而相控阵高度依赖功率放大器，耗电功率大，移相电路复杂，移相器众多，尤其是在高频波段。因此，为了满足未来6G无线系统中指数增长的移动设备的数据需求，需要更经济高效的天线技术。在现有的天线技术中，全息天线作为一种小尺寸、低功耗的平面天线，以其低制造成本和低硬件成本的多波束控制能力受到越来越多的关注。具体地说，全息天线利用金属贴片在表面构建全息图案，根据干涉原理记录参考波和目标波之间的干涉。然后，参考波的辐射特性可以通过全息图案来改变，以产生所需的辐射方向。
然而，随着移动设备的爆炸性增长，传统的全息天线面临着巨大的挑战，因为一旦全息图案建立，传统全息天线其辐射方向图就固定了，因此无法满足移动通信的需求。由于超材料的可控性，新兴的可重构全息超表面(RHS)技术在改善传统全息天线的不足方面显示出极大的潜力。RHS是一种超轻薄的平面天线，天线表面嵌有许多超材料辐射单元。具体而言，由天线馈源产生的参考波以表面波的形式激励RHS，使得基于印刷电路板(PCB)技术制造的拥有紧凑结构的RHS成为可能。根据全息图案，每个辐射单元可以通过电控制参考波的辐射幅度来产生所需的辐射方向。因此，相比于传统的碟形天线和相控阵天线，RHS无需重型机械运动装置和复杂的移相电路就可以实现动态波束成形，可以大大节省天线制造成本以及功率损耗，同时其轻薄的结构也十分便于安装。
RHS的现有研究工作大致集中于RHS硬件组件设计和辐射方向控制上。然而，大多数研究仅证明了RHS实现动态多波束控制的可行性。在RHS辅助的无线通信中，目前还没有工作研究基于信道互易性的RHS的全息波束成形方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于信道互易性的全息波束成形方法、系统及存储介质，以在填补现有技术空白的同时，能够使多用户通信系统总数据速率达到最大。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于信道互易性的全息波束成形方法，应用于包括有可重构全息超表面的基站和用户间的通信；所述基于信道互易性的全息波束成形方法，包括：
根据信道互易性得到从基站到每一用户的下行信道信息；
基于所述下行信道信息和可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅设计数字波束成形方案和基于可重构全息超表面的全息波束成形方案；
采用计算机迭代算法优化所述数字波束成形方案和所述基于可重构全息超表面的全息波束成形方案。
优选地，基于所述下行信道信息和可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅设计基于可重构全息超表面的全息波束成形方案，具体包括：
基于可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅和所述下行信道信息确定多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型；
对于给定的数字波束成形方案和给定的所述下行信道信息，引入辅助因子改写所述多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型；
采用拉格朗日乘子松弛约束对改写后的所述多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型进行迭代优化得到所述基于可重构全息超表面的全息波束成形方案。
优选地，所述拉格朗日乘子松弛约束为：0≤Mm,n≤1；其中，Mm,n为可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅。
优选地，所述采用计算机迭代算法优化所述数字波束成形方案和所述基于可重构全息超表面的全息波束成形方案，具体包括：
对全息波束成形方案进行初始化，在保持全息波束成形方案固定的情况下，采用数字波束成形优化算法获得数字波束成形方案；
采用全息波束成形优化算法对所述数字波束成形方案进行优化；
将优化后的所述数字波束形成方案和初始化后的全息波束形成方案作为初始解；
采用计算机迭代算法对优化后的所述数字波束形成方案和初始化后的全息波束形成方案进行交替求解，直到两个相邻迭代之间的多用户通信系统总数据速率的差值小于预设阈值时，迭代完成，获得最优的数字波束成形方案与最优的全息波束成形方案。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的基于信道互易性的全息波束成形方法，在根据信道互易性得到从基站到每一用户的下行信道信息后，基于下行信道信息和可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅设计数字波束成形方案和基于可重构全息超表面的全息波束成形方案，然后，采用计算机迭代算法优化数字波束成形方案和基于可重构全息超表面的全息波束成形方案，进而采用优化后的数字波束成形方案和基于可重构全息超表面的全息波束成形方案进行通信控制，可使得多用户通信系统总数据速率达到最大。并且，本发明主要应用于包括有可重构全息超表面的基站和用户间的通信，这就能够填补现有技术中没有基于信道互易性的RHS的全息波束成形方法研究的空白。
对应于上述提供的基于信道互易性的全息波束成形方法，本发明还提供了以下实施系统：
其中一种是应用于包括有可重构全息超表面的基站和用户间的通信的基于信道互易性的全息波束成形系统，所述基于信道互易性的全息波束成形系统，包括：
下行信道信息确定模块，用于根据信道互易性得到从基站到每一用户的下行信道信息；
波束成形方案设计模块，用于基于所述下行信道信息和可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅设计数字波束成形方案和基于可重构全息超表面的全息波束成形方案；
迭代优化模块，用于采用计算机迭代算法优化所述数字波束成形方案和所述基于可重构全息超表面的全息波束成形方案。
优选地，所述波束成形方案设计模块包括：
最大化问题模型确定单元，用于基于可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅和所述下行信道信息确定多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型；
最大化问题模型改写单元，用于对于给定的数字波束成形方案和给定的所述下行信道信息，引入辅助因子改写所述多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型；
第一迭代优化单元，用于采用拉格朗日乘子松弛约束对改写后的所述多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型进行迭代优化得到所述基于可重构全息超表面的全息波束成形方案。
优选地，所述迭代优化模块包括：
数字波束成形方案获取单元，用于对全息波束成形方案进行初始化，在保持全息波束成形方案固定的情况下，采用数字波束成形优化算法获得数字波束成形方案；
优化单元，用于采用全息波束成形优化算法对所述数字波束成形方案进行优化；
初始解确定单元，用于将优化后的所述数字波束形成方案和初始化后的全息波束形成方案作为初始解；
第二迭代优化单元，用于采用计算机迭代算法对优化后的所述数字波束形成方案和初始化后的全息波束形成方案进行交替求解，直到两个相邻迭代之间的多用户通信系统总数据速率的差值小于预设阈值时，迭代完成，获得最优的数字波束成形方案与最优的全息波束成形方案。
另一种是计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机运行程序；所述计算机运行程序用于执行上述所述的基于信道互易性的全息波束成形。
因本发明提供的基于信道互易性的全息波束成形系统和计算机可读存储介质达到的技术效果与上述提供的基于信道互易性的全息波束成形方法达到的技术效果相同，故在此不再进行赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的基于信道互易性的全息波束成形方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的数字波束成形方案与全息波束成形方案的优化迭代流程图；
图3为本发明实施例提供的可重构全息超表面的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的超材料辐射单元的结构示意图；
图5为本发明提供的基于信道互易性的全息波束成形系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于信道互易性的全息波束成形方法、系统及存储介质，以在填补现有技术空白的同时，能够使多用户通信系统总数据速率达到最大。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供的基于信道互易性的全息波束成形方法，主要应用于包括有可重构全息超表面的基站和用户间的通信。基于信道互易性的全息波束成形方法，包括：
步骤100：根据信道互易性得到从基站到每一用户的下行信道信息。
步骤101：基于下行信道信息和可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅设计数字波束成形方案和基于可重构全息超表面的全息波束成形方案。
步骤102：采用计算机迭代算法优化数字波束成形方案和基于可重构全息超表面的全息波束成形方案。
其中，步骤101中设计基于可重构全息超表面的全息波束成形方案的实施过程可以为：
步骤1010:基于可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅和下行信道信息确定多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型。其中，确定得到的多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型为：
Figure BDA0003250093810000061
式中，V是大小为K×L的数字波束成形矩阵，Vl是V的第l列，M是由元素
Figure BDA0003250093810000062
构成的大小为MN×K的矩阵，
Figure BDA0003250093810000063
为第k个馈源到第(m,n)个辐射单元的距离矢量，
Figure BDA0003250093810000064
为下行信道信息(即信道矩阵)，σ2为噪声功率，l和l’均为用户序号。
步骤1011:对于给定的数字波束成形方案和给定的下行信道信息，引入辅助因子改写多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型。改写后的多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型为：
Figure BDA0003250093810000065
其中，
Figure BDA0003250093810000066
Figure BDA0003250093810000071
式中，γl,δl均为辅助变量，
Figure BDA0003250093810000072
为RHS每个辐射单元通过第l个子信道与第l个用户之间的传输信道。
步骤1012:采用拉格朗日乘子松弛约束对改写后的多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型进行迭代优化得到基于可重构全息超表面的全息波束成形方案。其中，拉格朗日乘子松弛约束为：0≤Mm,n≤1。Mm,n为可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅。
上述步骤102的具体实施过程可以为：
步骤1020：对全息波束成形方案进行初始化，在保持全息波束成形方案固定的情况下，采用数字波束成形优化算法获得数字波束成形方案。
步骤1021：采用全息波束成形优化算法对数字波束成形方案进行优化。
步骤1022：将优化后的数字波束形成方案和初始化后的全息波束形成方案作为初始解。
步骤1023：采用计算机迭代算法对优化后的数字波束形成方案和初始化后的全息波束形成方案进行交替求解，直到两个相邻迭代之间的多用户通信系统总数据速率的差值小于预设阈值时，迭代完成，获得最优的数字波束成形方案与最优的全息波束成形方案。该优化迭代过程如图2所示。
下面基于本发明采用的可重构全息超表面的具体结构，对无线通信场景以及发射装置中的变量进行字母表述与假设，以进一步对上述提供的基于信道互易性的全息波束成形方法进行说明。
如图3所示，本发明中采用的可重构全息超表面由馈源1、平行板波导2和超材料辐射单元3阵列构成。其中，馈源1发出电磁波，电磁波在平行板波导2上以表面波的形式进行传播，传播过程中，超材料辐射单元3由变容二极管5进行控制，通过调节施加在每个超材料辐射单元3上变容二极管5的电压，可实现对传播至超材料辐射单元3上电磁波的辐射振幅调节，因此，将超表面单元3中施加于变容二极管5上的偏置电压调节为目标值，在超材料辐射单元3上辐射出的电磁波幅度值为目标幅度值。超材料辐射单元3的具体结构如图4所示，其中，变容二极管5设置在超材料辐射单元的互补电感电容谐振环4中。
基于此，基于信道互易性的全息波束成形方法的具体实施过程为：
考虑一个装有K个馈源的可重构全息超表面(Reconfigurable holographicsurface,RHS)的基站(发射装置)要与L个用户进行通信，则L个移动用户相对于该发射装置的位置即为发射装置所需发射波束的方向。假设RHS由M×N个超材料辐射单元祖成，每个辐射单元的辐射幅度在[0,1]之间，基站为了准确的进行波束成形，需要利用信道互易性获取其与多用户之间的信道信息，因此，基站向L个用户发送探测请求，每个用户收到探测请求后发送探测响应帧，基站在收到探测响应帧后，完成从用户到基站的信道信息评估，将评估出的每个用户到基站的信道矩阵用Hul表示，由于RHS有M×N个辐射单元，因此Hul的维度为MN×1。则根据上下行两个传输方向的信道互易性，基站可以得到从基站到每个用户的下行信道信息评估即：
Figure BDA0003250093810000081
步骤二：全息波束成形方案设计
假设基站向用户发送的信号为s，其中s是一个L维列向量，sl表示发送给用户l的信号。基站对于发送给用户的信号首先进行数字波束成形，继而将编码后的信号输入RHS的馈源中，馈源发出携带有发送信号的参考波经过RHS的全息波束成形发送给各个用户，则每个用户接收到的信号可以表示为：
Figure BDA0003250093810000082
其中，V是大小为K×L的数字波束成形矩阵，Vl是V的第l列，M是由元素
Figure BDA0003250093810000083
构成的大小为MN×K的矩阵，ks为参考波在RHS表面传播的传播矢量，
Figure BDA0003250093810000084
为第k个馈源到第(m,n)个辐射单元的距离矢量，zl为信道中的高斯白噪声。
上述全息波束成形即为每个辐射单元根据Mm,n对参考波能量向自用空间辐射以形成固定方向的波束。
则多用户通信系统总数据速率最大化问题为：
Figure BDA0003250093810000091
其中第二个限制为基站发射总功率限制。
(1)数字波束成形方案设计
对于给定的超材料辐射单元的辐射振幅Mm,n信道矩阵
Figure BDA0003250093810000094
为了使所有用户总数据速率达到最大值，最优的数字波束成形方案可以利用迫零均衡加上功率注水法求解。
(2)基于RHS的全息波束成形方案设计
对于给定的数字波束成形器V和信道矩阵
Figure BDA0003250093810000095
为了使所有用户总数据速率达到最大值，由于Mm,n为0-1之间的实数，目标函数中含有分式结构，可以先用分式规划的方法将目标函数中的分式消除，即通过引入辅助变量γl和δl，可以将用户速率最大化问题改写成：
Figure BDA0003250093810000092
其中，
Figure BDA0003250093810000093
再利用拉格朗日乘子松弛这一约束(0≤Mm，n≤1)，对Mm，n、γl和δl这三个变量进行迭代优化求解即可得到最优的全息波束成形方案。
步骤3：利用计算机迭代优化数字波束成形与全息波束成形方案
在步骤1和步骤2提出的算法的基础上，本发明采用一个基于信道互易性的RHS的全息波束成形联合优化算法，以迭代的方式求解系统总数据速率最大化问题。具体而言，基站利用信道互易性获取与每个用户的下行链路信道信息，对全息波束成形方案{Mm，n}初始化，在保持全息波束成形方案{Mm，n}固定的情况下，可以数字波束成形优化算法获得数字波束成形方案。然后用全息波束成形优化算法对{Mm,n}进行优化。将优化后的数字波束形成器和全息波束形成器作为初始解。在随后的每次迭代中，这两个子问题交替求解。直到两个相邻迭代之间的用户总数据速率的差值小于预设阈值，则迭代完成，获得最优的数字波束成形方案V*与全息波束成形方案
Figure BDA0003250093810000101
采用获得最优的数字波束成形方案V*与全息波束成形方案
Figure BDA0003250093810000102
进行通信控制可以使系统总速率最大化。
综上，本发明提供的基于信道互易性的全息波束成形方法还具有以下优势：
1.相比于传统的碟形天线通过笨重的机械装置控制天线转动从而实现波束控制的方式，且后期维修费用高昂，RHS尺寸小，制造使用PCB技术使其结构紧凑而轻薄，制造成本大大降低，易于直接安装在发射装置上，采用电控制的方式可以达到很好的动态多波束控制效果，因此RHS非常适用于多用户移动通信。
2.RHS功耗低，硬件成本低：相控阵天线虽然也利用电控制波束方向，但是相控阵依赖于大量的移相器控制每根天线中电磁波的相位，同时还需要大量功率放大器，因此，相控阵天线需要复杂的移相电路，且功率损耗大，硬件成本高。相比之下，RHS则不需要移相器以及复杂的移相电路，利用二极管开关状态即可控制每个辐射单元辐射电磁波能量的不同，即通过调幅的方式就可以完成波束控制，因此用RHS辅助多用户通信功耗低，硬件成本也很低，相对相控阵天线有很大的优势。
3.利用信道互易性，基站可以获得与用户之间的信道信息，根据此信道信息可以利用RHS进行波束成形，精准的将信息传递到用户端，且使系统总速率最大化。
此外，对应于上述提供的基于信道互易性的全息波束成形方法，本发明还提供了以下实施系统：
其中一种是应用于包括有可重构全息超表面的基站和用户间的通信的基于信道互易性的全息波束成形系统，如图5所示，该基于信道互易性的全息波束成形系统，包括：下行信道信息确定模块500、波束成形方案设计模块501和迭代优化模块502。
下行信道信息确定模块500用于根据信道互易性得到从基站到每一用户的下行信道信息。
波束成形方案设计模块501用于基于下行信道信息和可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅设计数字波束成形方案和基于可重构全息超表面的全息波束成形方案。
迭代优化模块502用于采用计算机迭代算法优化数字波束成形方案和基于可重构全息超表面的全息波束成形方案。
其中，上述波束成形方案设计模块501可以包括：最大化问题模型确定单元、最大化问题模型改写单元和第一迭代优化单元。
最大化问题模型确定单元用于基于可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅和下行信道信息确定多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型。
最大化问题模型改写单元用于对于给定的数字波束成形方案和给定的下行信道信息，引入辅助因子改写多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型。
第一迭代优化单元用于采用拉格朗日乘子松弛约束对改写后的多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型进行迭代优化得到基于可重构全息超表面的全息波束成形方案。
上述迭代优化模块502可以包括：数字波束成形方案获取单元、优化单元、初始解确定单元和第二迭代优化单元。
其中，数字波束成形方案获取单元用于对全息波束成形方案进行初始化，在保持全息波束成形方案固定的情况下，采用数字波束成形优化算法获得数字波束成形方案。
优化单元用于采用全息波束成形优化算法对数字波束成形方案进行优化。
初始解确定单元用于将优化后的数字波束形成方案和初始化后的全息波束形成方案作为初始解。
第二迭代优化单元用于采用计算机迭代算法对优化后的数字波束形成方案和初始化后的全息波束形成方案进行交替求解，直到两个相邻迭代之间的多用户通信系统总数据速率的差值小于预设阈值时，迭代完成，获得最优的数字波束成形方案与最优的全息波束成形方案。
另一种是计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机运行程序。计算机运行程序用于执行上述的基于信道互易性的全息波束成形。
本说明书中各个实施例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部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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 (8)

1.一种基于信道互易性的全息波束成形方法，其特征在于，应用于包括有可重构全息超表面的基站和用户间的通信；所述基于信道互易性的全息波束成形方法，包括：
根据信道互易性得到从基站到每一用户的下行信道信息；
基于所述下行信道信息和可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅设计数字波束成形方案和基于可重构全息超表面的全息波束成形方案；
采用计算机迭代算法优化所述数字波束成形方案和所述基于可重构全息超表面的全息波束成形方案。
2.根据权利要求1所述的基于信道互易性的全息波束成形方法，其特征在于，基于所述下行信道信息和可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅设计基于可重构全息超表面的全息波束成形方案，具体包括：
基于可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅和所述下行信道信息确定多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型；
对于给定的数字波束成形方案和给定的所述下行信道信息，引入辅助因子改写所述多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型；
采用拉格朗日乘子松弛约束对改写后的所述多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型进行迭代优化得到所述基于可重构全息超表面的全息波束成形方案。
3.根据权利要求2所述的基于信道互易性的全息波束成形方法，其特征在于，所述拉格朗日乘子松弛约束为：0≤Mm,n≤1；其中，Mm,n为可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅。
4.根据权利要求2所述的基于信道互易性的全息波束成形方法，其特征在于，所述采用计算机迭代算法优化所述数字波束成形方案和所述基于可重构全息超表面的全息波束成形方案，具体包括：
对全息波束成形方案进行初始化，在保持全息波束成形方案固定的情况下，采用数字波束成形优化算法获得数字波束成形方案；
采用全息波束成形优化算法对所述数字波束成形方案进行优化；
将优化后的所述数字波束形成方案和初始化后的全息波束形成方案作为初始解；
采用计算机迭代算法对优化后的所述数字波束形成方案和初始化后的全息波束形成方案进行交替求解，直到两个相邻迭代之间的多用户通信系统总数据速率的差值小于预设阈值时，迭代完成，获得最优的数字波束成形方案与最优的全息波束成形方案。
5.一种基于信道互易性的全息波束成形系统，其特征在于，应用于包括有可重构全息超表面的基站和用户间的通信；所述基于信道互易性的全息波束成形系统，包括：
下行信道信息确定模块，用于根据信道互易性得到从基站到每一用户的下行信道信息；
波束成形方案设计模块，用于基于所述下行信道信息和可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅设计数字波束成形方案和基于可重构全息超表面的全息波束成形方案；
迭代优化模块，用于采用计算机迭代算法优化所述数字波束成形方案和所述基于可重构全息超表面的全息波束成形方案。
6.根据权利要求5所述的基于信道互易性的全息波束成形系统，其特征在于，所述波束成形方案设计模块包括：
最大化问题模型确定单元，用于基于可重构全息超表面中超材料辐射单元的辐射振幅和所述下行信道信息确定多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型；
最大化问题模型改写单元，用于对于给定的数字波束成形方案和给定的所述下行信道信息，引入辅助因子改写所述多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型；
第一迭代优化单元，用于采用拉格朗日乘子松弛约束对改写后的所述多用户通信系统总数据速率的最大化问题模型进行迭代优化得到所述基于可重构全息超表面的全息波束成形方案。
7.根据权利要求6所述的基于信道互易性的全息波束成形系统，其特征在于，所述迭代优化模块包括：
数字波束成形方案获取单元，用于对全息波束成形方案进行初始化，在保持全息波束成形方案固定的情况下，采用数字波束成形优化算法获得数字波束成形方案；
优化单元，用于采用全息波束成形优化算法对所述数字波束成形方案进行优化；
初始解确定单元，用于将优化后的所述数字波束形成方案和初始化后的全息波束形成方案作为初始解；
第二迭代优化单元，用于采用计算机迭代算法对优化后的所述数字波束形成方案和初始化后的全息波束形成方案进行交替求解，直到两个相邻迭代之间的多用户通信系统总数据速率的差值小于预设阈值时，迭代完成，获得最优的数字波束成形方案与最优的全息波束成形方案。
8.一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存储有计算机运行程序；所述计算机运行程序用于执行如权利要求1-4任意一项所述的基于信道互易性的全息波束成形。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114726684A (zh) * 2022-03-03 2022-07-08 杭州腓腓科技有限公司 一种基于全息多址接入的信道估计方法及装置
WO2023165237A1 (zh) * 2022-03-03 2023-09-07 杭州腓腓科技有限公司 一种基于全息多址接入的信道估计方法及装置
CN114726684B (zh) * 2022-03-03 2024-10-01 杭州腓腓科技有限公司 一种基于全息多址接入的信道估计方法及装置

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