鄭州大學;上海交通大學郝萬明獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉鄭州大學;上海交通大學申請的專利智能超表面輔助太赫茲通感系統中魯棒波束優化方法獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN119727798B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-09-26發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202411925946.9,技術領域涉及:H04L27/26;該發明授權智能超表面輔助太赫茲通感系統中魯棒波束優化方法是由郝萬明;武慶慶;孫鋼燦;楊蘭設計研發完成,并于2024-12-25向國家知識產權局提交的專利申請。
本智能超表面輔助太赫茲通感系統中魯棒波束優化方法在說明書摘要公布了:本發明提出了一種智能超表面輔助太赫茲通感系統中魯棒波束優化方法,用以解決RIS輔助的太赫茲ISAC系統中感知過程和通信過程存在的波束色散效應問題;在太赫茲通感系統中BS與用戶之間的通信過程分為兩個階段:感知階段和通信階段;在感知階段,提出了一種基于RIS的TTD的波束色散快速感知方法用以調整波束偏移的程度,并推導出感知克拉美羅下界及其與CSI誤差的關系;在通信階段,基于獲得的不完美CSI,提出了一個魯棒性優化目標函數,通過聯合設計RIS反射系數、時間延遲和感知時間來最大化傳輸容量。本發明能夠有效降低波束色散,提高通信容量。
本發明授權智能超表面輔助太赫茲通感系統中魯棒波束優化方法在權利要求書中公布了:1.一種智能超表面輔助太赫茲通感系統中魯棒波束優化方法,其特征在于,搭建一個RIS輔助的太赫茲ISAC系統,包含一個配備單根天線的基站、配備R個無源反射元件和Rs個有源反射元件的均勻線性陣列ULA的半無源RIS、和一個單天線用戶;BS與用戶之間存在障礙物,BS與用戶之間的通信過程分為兩個階段:感知階段和通信階段; 在感知階段,提出了一種基于RIS的實時延TTD的波束色散快速感知方法用以調整波束偏移的程度,并推導出感知克拉美羅下界CRB及CRB與CSI誤差的關系; 利用基于RIS的TTD的波束色散快速感知方法調整波束偏移的程度的過程為: 定義第r個RIS元件與TTD連接組合的時域響應為tr為第r個TTD引入的時延,則相應的頻域響應表達為因此,頻域響應矢量表示為基于以上分析得BS-RIS-用戶級聯信道響應重述為: 其中,f∈[0,fs];定義因此,aΘf表示為fc為中心頻率,d=λc2表示RIS元件的間距,λc表示中心頻率處的波長;對于帶寬為fs,M個子載波的正交頻分復用系統子載波間距為fsM,則在第m個載波處接收到的信號表示為: ymfsM=J'mfsMTθsmfsM+n,15 其中,J'mfsM表示第m個載波處的級聯矢量;通過設計TTD和RIS反射系數,調整波束色散程度;改變TTD使子載波波束方向隨著頻率f變化,假設頻率f從0增加到fs時,相應波束角度從初始角度v0變化到終止角度vM;此外,定義為等效初始角,為等效終止角,則波束增益表示為: 其中,表示RIS反射系數的相移,v=sinθBR-sinθRU; 給定初始角度v0,得到Θ0=sv0,將Θ0代入式16得: 最大化式17,得到反射系數的值為 給定初始角度vM,得到將Θfs和代式17得: 最大化式18得到tr: 因此,任意頻率f處波束角度表示為θRf: θRf=arcsinsinθBR-svf21 基于以上分析,TTD被用來調整波束偏移的程度以覆蓋特定的感知區域; 所述CRB與CSI誤差的關系的獲得方法為: 用估計值和估計誤差△θ來表示θ,記為此,假設θ的估計誤差服從高斯分布,因此,根據3σ法則,△θ角度位于范圍內的概率為0.9973;然后得到下面的表達式其中,△gmθ表示由△θ引起的轉向矢量誤差,△gmθ的范數表示為△θ∈Θ, 為此,考慮了△θ足夠小的情況和處一階泰勒展開的運算有由cosx在0處的二階泰勒展開式得利用上述三角近似,△gmθ范數界的不完美CSI模型表示為 基于此,建立了傳感CRB與不完美CSI之間的密切關系,而用戶在T-τ中的實現通信容量表示為: 其中,表示BS-RIS鏈路在第m個載波處的波束轉向矢量,Pt為BS的發射功率; 在通信階段,基于獲得的不完美CSI,提出了一個魯棒性優化目標函數,通過聯合設計RIS反射系數、時間延遲和感知時間來最大化傳輸容量; 所述優化目標函數為: 其中,Φ=diagθ表示RIS的反射系數,Tm=diagψm,1,...,ψm,R表示RIS的時延矩陣,并且tr由第r個RIS反射元件引入的時間延遲;C1表示信道不確定性約束,C2表示每個RIS反射元件的恒模約束,C3表示感知時間約束,C4表示第r個RIS反射元件在第m個子載波處的時延的恒模約束; 在優化目標函數求解過程中,首先固定感知時間,然后提出一種交替優化方法來求解RIS反射系數和時間延遲,從而最大化傳輸容量。
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