本發(fā)明涉及ris通訊領(lǐng)域，具體是一種基于ris的分布式通訊傳輸系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、在無線通信領(lǐng)域，分布式通訊傳輸系統(tǒng)扮演著至關(guān)重要的角色，它們利用先進的技術(shù)實現(xiàn)遠距離的數(shù)據(jù)傳輸和通信?，F(xiàn)有的技術(shù)通常包括發(fā)射端、接收端以及固定的或可調(diào)的天線陣列來引導(dǎo)電磁波的傳播。這些系統(tǒng)在許多應(yīng)用場景中表現(xiàn)出色，如移動通信、衛(wèi)星通信和軍事通信等。然而，隨著通信需求的日益增長，特別是在高速數(shù)據(jù)傳輸和廣域覆蓋方面，現(xiàn)有系統(tǒng)面臨著一些局限性。

2、在無線通信技術(shù)的快速發(fā)展背景下，分布式通訊傳輸系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)已經(jīng)取得了顯著進步。特別是在近年來，可重構(gòu)智能表面(reconfigurable?intelligent?surface,ris)技術(shù)作為一種新興的解決方案，受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。ris技術(shù)通過使用大量低成本、可編程的反射或透射單元，為無線信號的傳播提供了一種靈活的調(diào)控手段。ris技術(shù)的核心在于其能夠?qū)θ肷涞碾姶挪ㄟM行相位、幅度甚至極化的調(diào)整，從而智能地重構(gòu)無線信號的傳播環(huán)境。這種技術(shù)利用了電磁波與物質(zhì)相互作用的原理，通過電子控制的方式，動態(tài)地改變智能表面的電磁特性，以適應(yīng)不同的通信需求。與傳統(tǒng)的固定波束或機械調(diào)整的天線相比，ris技術(shù)提供了更高的靈活性和更低的能耗，同時減少了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。

3、另外，現(xiàn)有技術(shù)的缺陷主要表現(xiàn)在波束成形和跟蹤的靈活性不足。傳統(tǒng)的固定波束或機械調(diào)整的天線無法快速適應(yīng)動態(tài)變化的通信環(huán)境，例如移動用戶設(shè)備的方向變化或信號傳播路徑上的障礙物出現(xiàn)。此外，現(xiàn)有系統(tǒng)在實時數(shù)據(jù)處理和環(huán)境反饋響應(yīng)方面也存在不足，導(dǎo)致波束成形和跟蹤算法不能充分利用當(dāng)前環(huán)境信息來優(yōu)化信號傳輸。這些問題限制了系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境中的性能和可靠性，尤其是在需要快速響應(yīng)和高數(shù)據(jù)傳輸速率的場景中。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明一種基于ris的分布式通訊傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過集成先進的數(shù)據(jù)處理模塊和智能算法處理模塊，顯著提高了波束成形和跟蹤的效率和準(zhǔn)確性。

2、一種基于ris的分布式通訊傳輸系統(tǒng)，包括：

3、發(fā)射端，用于發(fā)射預(yù)定頻率的電磁信號；

4、接收端，用于接收并處理來自可重構(gòu)智能表面反射的電磁信號；

5、至少一個可重構(gòu)智能表面，用于動態(tài)調(diào)整入射電磁信號的相位、幅度和極化；

6、其中，所述可重構(gòu)智能表面的輸入通過射頻電纜連接發(fā)射端的輸出，可重構(gòu)智能表面的輸出通過天線連接接收端的輸入；所述可重構(gòu)智能表面包括有可編程控制單元和中央控制單元，所述中央控制單元連接至少一個可編程控制單元；

7、其特征在于，所述中央控制單元用于根據(jù)實時通信數(shù)據(jù)和環(huán)境反饋數(shù)據(jù)，通過智能算法生成調(diào)控指令，進行波束成形和波束跟蹤。

8、進一步的，所述可編程控制單元包括：

9、至少一個相位調(diào)節(jié)器，用于接收中央控制單元的指令，并實時調(diào)整電磁信號的相位，控制波束的方向；

10、至少一個幅度調(diào)節(jié)器，用于根據(jù)中央控制單元的指令調(diào)整信號的強度，優(yōu)化波束的形狀和覆蓋范圍；

11、至少一個極化調(diào)節(jié)器，用于根據(jù)通信設(shè)備的信號接收需求，調(diào)整電磁信號的極化狀態(tài)。

12、進一步的，所述中央控制單元包括：

13、數(shù)據(jù)處理模塊，用于分析實時通信數(shù)據(jù)和環(huán)境反饋數(shù)據(jù)；

14、智能算法處理模塊，用于執(zhí)行波束成形和波束跟蹤算法；

15、指令生成模塊，用于根據(jù)智能算法的輸出生成調(diào)控指令；

16、其中，所述智能算法處理模塊根據(jù)自適應(yīng)算法，通過通信環(huán)境的變化自動調(diào)整波束參數(shù)，并根據(jù)機器學(xué)習(xí)算法優(yōu)化波束成形和跟蹤過程。

17、進一步的，所述智能算法處理模塊包括：

18、波束成形單元，用于計算可編程控制單元的權(quán)重并進行分配，形成所需的波束方向；

19、rssi測量單元，用于根據(jù)rssi值和已知的信號傳播模型估計波束的最佳指向角度；

20、波束調(diào)整單元，用于根據(jù)目標(biāo)的實時位置和運動參數(shù)動態(tài)調(diào)整波束方向；

21、優(yōu)化單元，用于根據(jù)歷史波束成形、歷史跟蹤數(shù)據(jù)和當(dāng)前的通信環(huán)境參數(shù)，根據(jù)機器學(xué)習(xí)模型的預(yù)測結(jié)果動態(tài)調(diào)整波束成形和跟蹤算法的參數(shù)。

22、進一步的，所述波束成形單元中，計算可編程控制單元的權(quán)重具體表示為：

23、

24、其中，所述wi表示第i個可編程控制單元的權(quán)重，所述n表示陣列中可編程控制單元的總數(shù)，所述j表示可編程控制單元的數(shù)量，所述hj表示對應(yīng)于目標(biāo)方向的復(fù)數(shù)權(quán)重，所述∈表示正數(shù)，用于保證數(shù)值穩(wěn)定性。

25、進一步的，所述rssi測量單元中，根據(jù)rssi值和已知的信號傳播模型估計波束的最佳指向角度具體表示為：

26、

27、其中，所述θopt表示最優(yōu)波束指向角度，所述wi(θ)表示指向角度為θ的第i個單元的權(quán)重，所述θ表示指向角度，所述|si|2表示第i個單元接收到的信號的功率。

28、一種基于ris的分布式通訊傳輸方法，該方法基于上述任一項所述的一種基于ris的分布式通訊傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)，包括以下步驟：

29、s1.發(fā)射端輸出預(yù)定頻率的電磁信號，并通過射頻電纜將電磁信號傳輸至可重構(gòu)智能表面；

30、s2.可重構(gòu)智能表面接收來自發(fā)射端的信號，并通過內(nèi)置的可編程控制單元，根據(jù)中央控制單元的指令動態(tài)調(diào)整信號的相位、幅度和極化；

31、s3.中央控制單元分析實時數(shù)據(jù)和環(huán)境反饋，通過智能算法生成調(diào)控指令，可重構(gòu)智能表面通過調(diào)控指令進行波束成形和波束跟蹤，對信號方向進行優(yōu)化；

32、s4.通過天線將可重構(gòu)智能表面處理和優(yōu)化的信號傳輸至接收端，接收端接收并處理信號。

33、進一步的，所述步驟s3具體包括以下子步驟：

34、s301.計算可編程控制單元的權(quán)重并進行分配，形成所需的波束方向；

35、s302.根據(jù)rssi值和已知的信號傳播模型估計波束的最佳指向角度；

36、s303.根據(jù)目標(biāo)的實時位置和運動參數(shù)動態(tài)調(diào)整波束方向；

37、s304.根據(jù)歷史波束成形、歷史跟蹤數(shù)據(jù)和當(dāng)前的通信環(huán)境參數(shù)，根據(jù)機器學(xué)習(xí)模型的預(yù)測結(jié)果動態(tài)調(diào)整波束成形和跟蹤算法的參數(shù)。

38、進一步的，所述步驟s301中，計算可編程控制單元的權(quán)重具體表示為：

39、

40、其中，所述wi表示第i個可編程控制單元的權(quán)重，所述n表示陣列中可編程控制單元的總數(shù)，所述j表示可編程控制單元的數(shù)量，所述hj表示對應(yīng)于目標(biāo)方向的復(fù)數(shù)權(quán)重，所述∈表示正數(shù)，用于保證數(shù)值穩(wěn)定性。

41、進一步的，所述步驟s302具體表示為：

42、

43、其中，所述θopt表示最優(yōu)波束指向角度，所述wi(θ)表示指向角度為θ的第i個單元的權(quán)重，所述θ表示指向角度，所述|si|2表示第i個單元接收到的信號的功率。

44、發(fā)明的有益效果是：

45、通過本發(fā)明的中央控制單元，實時分析通信數(shù)據(jù)和環(huán)境反饋，生成優(yōu)化的調(diào)控指令，并通過ris的可編程控制單元動態(tài)調(diào)整信號的相位、幅度和極化。另外，本發(fā)明所采用的自適應(yīng)算法和機器學(xué)習(xí)算法，進一步提升了波束成形和跟蹤的智能化水平，確保了系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境中的魯棒性和適應(yīng)性。