郑州大学;上海交通大学郝万明获国家专利权
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龙图腾网获悉郑州大学;上海交通大学申请的专利智能超表面辅助太赫兹通感系统中鲁棒波束优化方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119727798B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-26发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411925946.9,技术领域涉及:H04L27/26;该发明授权智能超表面辅助太赫兹通感系统中鲁棒波束优化方法是由郝万明;武庆庆;孙钢灿;杨兰设计研发完成,并于2024-12-25向国家知识产权局提交的专利申请。
本智能超表面辅助太赫兹通感系统中鲁棒波束优化方法在说明书摘要公布了:本发明提出了一种智能超表面辅助太赫兹通感系统中鲁棒波束优化方法,用以解决RIS辅助的太赫兹ISAC系统中感知过程和通信过程存在的波束色散效应问题;在太赫兹通感系统中BS与用户之间的通信过程分为两个阶段:感知阶段和通信阶段;在感知阶段,提出了一种基于RIS的TTD的波束色散快速感知方法用以调整波束偏移的程度,并推导出感知克拉美罗下界及其与CSI误差的关系;在通信阶段,基于获得的不完美CSI,提出了一个鲁棒性优化目标函数,通过联合设计RIS反射系数、时间延迟和感知时间来最大化传输容量。本发明能够有效降低波束色散,提高通信容量。
本发明授权智能超表面辅助太赫兹通感系统中鲁棒波束优化方法在权利要求书中公布了:1.一种智能超表面辅助太赫兹通感系统中鲁棒波束优化方法,其特征在于,搭建一个RIS辅助的太赫兹ISAC系统,包含一个配备单根天线的基站、配备R个无源反射元件和Rs个有源反射元件的均匀线性阵列ULA的半无源RIS、和一个单天线用户;BS与用户之间存在障碍物,BS与用户之间的通信过程分为两个阶段:感知阶段和通信阶段; 在感知阶段,提出了一种基于RIS的实时延TTD的波束色散快速感知方法用以调整波束偏移的程度,并推导出感知克拉美罗下界CRB及CRB与CSI误差的关系; 利用基于RIS的TTD的波束色散快速感知方法调整波束偏移的程度的过程为: 定义第r个RIS元件与TTD连接组合的时域响应为tr为第r个TTD引入的时延,则相应的频域响应表达为因此,频域响应矢量表示为基于以上分析得BS-RIS-用户级联信道响应重述为: 其中,f∈[0,fs];定义因此,aΘf表示为fc为中心频率,d=λc2表示RIS元件的间距,λc表示中心频率处的波长;对于带宽为fs,M个子载波的正交频分复用系统子载波间距为fsM,则在第m个载波处接收到的信号表示为: ymfsM=J'mfsMTθsmfsM+n,15 其中,J'mfsM表示第m个载波处的级联矢量;通过设计TTD和RIS反射系数,调整波束色散程度;改变TTD使子载波波束方向随着频率f变化,假设频率f从0增加到fs时,相应波束角度从初始角度v0变化到终止角度vM;此外,定义为等效初始角,为等效终止角,则波束增益表示为: 其中,表示RIS反射系数的相移,v=sinθBR-sinθRU; 给定初始角度v0,得到Θ0=sv0,将Θ0代入式16得: 最大化式17,得到反射系数的值为 给定初始角度vM,得到将Θfs和代式17得: 最大化式18得到tr: 因此,任意频率f处波束角度表示为θRf: θRf=arcsinsinθBR-svf21 基于以上分析,TTD被用来调整波束偏移的程度以覆盖特定的感知区域; 所述CRB与CSI误差的关系的获得方法为: 用估计值和估计误差△θ来表示θ,记为此,假设θ的估计误差服从高斯分布,因此,根据3σ法则,△θ角度位于范围内的概率为0.9973;然后得到下面的表达式其中,△gmθ表示由△θ引起的转向矢量误差,△gmθ的范数表示为△θ∈Θ, 为此,考虑了△θ足够小的情况和处一阶泰勒展开的运算有由cosx在0处的二阶泰勒展开式得利用上述三角近似,△gmθ范数界的不完美CSI模型表示为 基于此,建立了传感CRB与不完美CSI之间的密切关系,而用户在T-τ中的实现通信容量表示为: 其中,表示BS-RIS链路在第m个载波处的波束转向矢量,Pt为BS的发射功率; 在通信阶段,基于获得的不完美CSI,提出了一个鲁棒性优化目标函数,通过联合设计RIS反射系数、时间延迟和感知时间来最大化传输容量; 所述优化目标函数为: 其中,Φ=diagθ表示RIS的反射系数,Tm=diagψm,1,...,ψm,R表示RIS的时延矩阵,并且tr由第r个RIS反射元件引入的时间延迟;C1表示信道不确定性约束,C2表示每个RIS反射元件的恒模约束,C3表示感知时间约束,C4表示第r个RIS反射元件在第m个子载波处的时延的恒模约束; 在优化目标函数求解过程中,首先固定感知时间,然后提出一种交替优化方法来求解RIS反射系数和时间延迟,从而最大化传输容量。
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