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专利号: 2022108978657
申请人: 南通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种分布式可重构智能表面辅助的海上通信方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤201、多个挂有可重构智能表面的无人机、热气球高空平台在岸基基站,海上中继船舶以及终端船舶设备周围随机布设;岸基基站和高空平台的位置由GPS获得已知,海上中继船舶以及终端船舶设备自带AIS;岸基基站无法通过直接链路与海上中继船舶和终端船舶设备通信,岸基基站通过高空平台的可重构智能表面与海上中继船舶和终端船舶设备存在级联信道;

步骤202、岸基基站、高空平台以及终端船舶设备将位置信息发送给海上中继船舶,海上中继船舶端根据获取的位置信息,计算出海上中继船舶与所有配备可重构智能表面的高空平台间的距离,并将距离按照从小到大排序,海上中继船舶端选择通信的可重构智能表面排序集合为:SR={RIS1,...,RISM};

步骤203、海上中继船舶端根据净能量效率最大准则,选择一组最优的可重构智能表面LR;

所述步骤203中,海上中继船舶端根据获取的位置信息,计算出海上中继船舶与所有配备可重构智能表面的高空平台间的距离,并将距离按照从小到大排序;对于第m个可重构智能表面辅助的通信系统,其净能量效率可以表示为:其中T为信道相干时间,N为可重构智能表面的

元件个数,γRm和γDm分别为海上中继船舶端和终端船舶设备端的信噪比,Pm为系统总功耗,海上中继船舶端信噪比的数学期望近似表示为: 其中 和 分别为岸基基站端到第m个可重构智能表面的距离以及第m个可重构智能表面到海上中继船舶端的距离,α为路径损失指数;终端船舶设备信噪比的数学期望近似表示为:和 分别为岸基基站端到第m个可重构智能表面的

距离,海上中继船舶端到第m个可重构智能表面的距离,以及第m个可重构智能表面到船舶用户中终端的距离; 表示从岸基基站端到第m个可重构智能表面再到终端船舶设备的近似信噪比, 表示海上中继船舶端到第m个可重构智能表面再到终端船舶设备的近似信噪比;对于同一个可重构智能表面,要达到系统净能量效率的最大,则有所述步骤203中,选择一组最优的可重构智能表面的步骤为:步骤301、当m=1时,初始可重构智能表面集合表示为:LR={RIS1};选择集合LR中的距离中继船舶最近的可重构智能表面辅助通信,海上中继船舶端算出此时系统的净能量效率η,其中净能量效率表示为: 其中Ptol为系统总功耗,表示为: 这里的PB和PR为岸基基站端和海上中继船

舶端的发送功率, 和 为岸基基站、海上中继船舶和终端船舶设备的电路功耗,代表排序集合中第1个可重构智能表面中第n个反射元件的功耗;

步骤302、按照顺序依次在集合中往下选择可重构智能表面RISm,m=m+1,此时海上中继船舶端所选的可重构智能表面集合为: 计算出此时所选多个可重构智能表面辅助海上系统的净能量效率 其中净能量效率表示为其中 为集合 中可重构智能表面

的个数, 为系统总功耗,表示为: 其中 代表

排序集合中第m个可重构智能表面中第n个反射元件的功耗, 和 分别为此时海上船舶中继端和终端船舶设备端的信噪比;

步骤303、将步骤302计算出来的净能量效率值与前一轮计算的净能量效率值进行比较,如果对比净能量效率值不再增加,则结束此计算过程,否则将当前计算结果和所选可重构智能表面替换前一轮结果,即: 和 返回步骤302;

步骤204、海上中继船舶端选择高空平台中最优的一组可重构智能表面后,岸基基站端和终端船舶设备同时向所选的可重构智能表面发送正交导频进行信道估计;

步骤205、海上中继船舶端和岸基基站估计到信道状态信息后,岸基基站通过可重构智能表面控制器对所选的一组可重构智能表面相位进行调整,岸基基站发送数据信号给终端船舶设备;

步骤206、若终端船舶设备、高空平台以及海上中继船舶的位置改变,则需重新获取位置信息并计算系统的净能量效率,转步骤202。

2.根据权利要求1所述的一种分布式可重构智能表面辅助的海上通信方法,其特征在于:所述步骤204中,海上中继船舶端选择出最优的一组可重构智能表面后,岸基基站端和终端船舶设备同时向所选的可重构智能表面发送正交导频进行信道估计:步骤401、岸基基站和终端船舶设备分时隙发送导频信号,可重构智能表面控制器控制集合LR中的可重构智能表面依次打开反射元件;

步骤402、可重构智能表面控制器控制打开集合LR中第一块可重构智能表面的第一个反射元件,第一个反射元件的振幅为1,相位为0,导频信号经过集合LR的可重构智能表面上的第一个反射元件分别反射到海上中继船舶端,岸基基站端和终端船舶设备端;海上中继船舶端同时通过最小均方误差方法估计出该相干时间下的岸基基站与海上中继船舶之间以及海上中继船舶与终端船舶设备之间的级联信道,岸基基站端和终端船舶设备端估计出岸基基站与终端船舶设备之间的级联信道;

步骤403、岸基基站和终端船舶设备通过可重构智能表面控制器控制集合LR中排序第一的可重构智能表面,使其关闭前一个反射元件,打开反射面下一个反射元件,设置其反射幅度为1,相位为0;导频信号分别经过集合LR中排序第一的可重构智能表面反射到海上中继船舶端,岸基基站端和终端船舶设备端,海上中继船舶端同时通过最小均方误差方法估计出该相干时间下的岸基基站与海上中继船舶之间以及海上中继船舶与终端船舶设备之间的级联信道,岸基基站端和终端船舶设备端估计出岸基基站与终端船舶设备之间的级联信道;

步骤404、重复步骤403直到集合LR中的所有可重构智能表面的每一个反射元件依次打开一遍;

步骤405、可重构智能表面上的所有反射元件都关闭后,海上中继船舶端再将估计的信道全部反馈给岸基基站以便下一步通信。