本發(fā)明涉及通信技術(shù)。更具體地，本發(fā)明涉及一種波束成形收發(fā)設(shè)備和方法，尤其是用于無線通信。

背景技術(shù)：

1、需要大帶寬的應(yīng)用，如擴(kuò)展現(xiàn)實（extended?reality，xr）、數(shù)字孿生、觸覺技術(shù)等，正在推動未來無線網(wǎng)絡(luò)（通常稱為6g）的研究朝著新的、更高的帶寬發(fā)展，如毫米波（millimeter-wave，mmwave）和亞太赫茲（sub-terahertz，sub-thz）技術(shù)。然而，由于自由空間各向同性傳播損耗大、阻擋體吸收量大以及無法通過衍射繞過角落，mmwave/sub-thz通信信道非常稀疏，視線（line?of?sight，los）路徑是主要組成部分。要增加范圍覆蓋，必須針對性地將空間聚焦（通常稱為波束成形）用于期望的通信目標(biāo)，例如，用戶設(shè)備（userequipment，ue）。這種超高增益波束可以通過在更大的孔徑上從較小的有源多天線饋線（active?multi-antenna?feeder，amaf）收集電磁（electromagnetic，em）輻射來形成。這種大孔徑可以使用實現(xiàn)空間采樣的離散陣列元件創(chuàng)建，這也允許筆形波束的電子轉(zhuǎn)向。這種被稱為具有空中（over-the-air，ota）波束成形的反射陣列的方法是眾所周知的，并且已經(jīng)被廣泛研究。

2、最近，隨著可重構(gòu)智能表面（reconfigurable?intelligent?surface，ris；有時也被稱為反射智能表面或透射智能表面）的出現(xiàn)，提出了具有電子控制轉(zhuǎn)向能力的新一代反射陣列。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本公開的目的是提供一種改進(jìn)的波束成形收發(fā)設(shè)備和方法，尤其是用于無線通信。

2、上述和其它目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題來實現(xiàn)。其它實現(xiàn)方式在從屬權(quán)利要求、說明書和附圖中是顯而易見的。

3、根據(jù)一種波束成形收發(fā)設(shè)備，尤其公開了用于無線通信。所述收發(fā)設(shè)備包括具有多個（na）有源天線的多天線饋線陣列，所述有源天線用于基于使用波束成形預(yù)編碼器預(yù)編碼的數(shù)據(jù)流傳輸電磁輻射，以對所述電磁輻射進(jìn)行波束成形。此外，所述波束成形收發(fā)設(shè)備包括具有多個（np）個無源天線的可重構(gòu)智能表面（reconfigurable?intelligentsurface，ris），其中，每個無源天線用于從所述多天線饋線陣列接收至少一部分所述電磁輻射，并以相應(yīng)的可調(diào)相移重新傳輸接收到的電磁輻射。從所述多天線饋線陣列的所述多個有源天線到所述ris的所述多個無源天線的傳輸被定義，即由np×na傳輸矩陣t描述。所述多天線饋線陣列用于基于所述傳輸矩陣t的一個或多個廣義特征向量生成待應(yīng)用于所述數(shù)據(jù)流的所述波束成形預(yù)編碼器。因此，提供了一種改進(jìn)的收發(fā)設(shè)備，用于生成具有非常小旁瓣的高增益窄波束。與傳統(tǒng)設(shè)備相比，所述收發(fā)設(shè)備能夠產(chǎn)生具有非常小旁瓣的高增益窄波束，并且功耗更低。此外，由于所需的硬件組件較少，因此與傳統(tǒng)設(shè)備相比，所述收發(fā)設(shè)備可以更加輕量化且具有更高的可靠性。由于可以使用包括具有非常好的單脈沖零深度的第二本征模式的多個正交本征模式，所述收發(fā)設(shè)備可以有利地用于單脈沖角度跟蹤。此外，由于所述多天線饋線陣列和所述ris可以是軟件可控的，所述收發(fā)設(shè)備具有更高的靈活性。

4、在另一種可能的實現(xiàn)方式中，所述多天線饋線陣列用于基于所述傳輸矩陣t的所述一個或多個廣義特征向量生成待應(yīng)用于所述數(shù)據(jù)流的所述波束成形預(yù)編碼器作為所述傳輸矩陣t的所述一個或多個廣義特征向量的線性組合。因此，所述收發(fā)設(shè)備可以有效地生成廣角波束，例如用于扇形照明、信標(biāo)等。

5、在另一種可能的實現(xiàn)方式中，所述多天線饋線陣列用于基于所述傳輸矩陣t的廣義特征向量生成待應(yīng)用于所述數(shù)據(jù)流的所述波束成形預(yù)編碼器，所述廣義特征向量具有用于從所述多天線饋線陣列到所述ris的最大功率傳輸?shù)淖畲髲V義特征值。

6、在另一種可能的實現(xiàn)方式中，所述ris與所述多天線饋線陣列之間的距離小于所述ris與所述多天線饋線陣列之間的瑞利距離（也稱為瑞利長度）。

7、在另一種可能的實現(xiàn)方式中，所述ris的所述多個無源天線可以設(shè)置在基本平面或曲面上。

8、在另一種可能的實現(xiàn)方式中，所述多天線饋線陣列包括基帶處理器，用于使用所述預(yù)編碼器對所述數(shù)據(jù)流進(jìn)行預(yù)編碼。

9、在另一種可能的實現(xiàn)方式中，所述傳輸矩陣t具有如下形式的奇異值分解（singular?value?decomposition，svd）：

10、，

11、其中，na表示所述有源天線的數(shù)量，表示第i個奇異值，表示第i個左奇異向量，表示第i個右奇異向量的厄米共軛，其中，所述一個或多個廣義特征向量為所述傳輸矩陣t的所述svd的一個或多個左奇異向量和/或一個或多個右奇異向量。此外，奇異值可以被認(rèn)為是這些廣義特征向量的特征值。

12、在另一種可能的實現(xiàn)方式中，所述ris用于控制相應(yīng)的可調(diào)相移以重新傳輸所述接收到的電磁輻射，使得所述多個無源天線121重新傳輸?shù)乃鲭姶泡椛湓谄谕繕?biāo)方向（即波束成形方向）上相干干涉，即建設(shè)性地干涉。

13、在另一種可能的實現(xiàn)方式中，所述多個無源天線的數(shù)量np遠(yuǎn)大于所述多個有源天線的數(shù)量na。例如，所述多個無源天線的數(shù)量np與所述多個有源天線的數(shù)量na之比可以至少大于10。

14、根據(jù)第二方面，公開了一種用于操作收發(fā)設(shè)備的方法，其中，所述收發(fā)設(shè)備包括具有多個有源天線的多天線饋線陣列，所述多個有源天線用于基于使用預(yù)編碼器預(yù)編碼的數(shù)據(jù)流傳輸電磁輻射，以對所述電磁輻射進(jìn)行波束成形；以及具有多個無源天線的可重構(gòu)智能表面（reconfigurable?intelligent?surface，ris），其中，每個無源天線用于從所述多天線饋線陣列接收至少一部分的所述電磁輻射，并以相應(yīng)的可調(diào)相移重新傳輸接收到的電磁輻射，其中，從所述多天線饋線陣列的所述多個有源天線到所述ris的所述多個無源天線的傳輸被定義，即由傳輸矩陣t描述。所述方法包括以下步驟：基于所述傳輸矩陣t的一個或多個廣義特征向量生成待應(yīng)用于所述數(shù)據(jù)流的所述預(yù)編碼器。

15、本公開第二方面所述的方法可以由本公開第一方面所述的收發(fā)設(shè)備執(zhí)行。因此，本公開第二方面所述方法的進(jìn)一步特征直接來自本公開第一方面所述收發(fā)設(shè)備的功能及其在上文和下文中描述的不同實現(xiàn)方式。

16、根據(jù)第三方面，提供了一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括程序代碼，當(dāng)所述程序代碼被計算機(jī)或處理器執(zhí)行時，所述程序代碼使得所述計算機(jī)或所述處理器執(zhí)行如第二方面所述的方法。

17、以下附圖和說明書闡述了一個或多個實施例的細(xì)節(jié)。其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)在說明書、附圖和權(quán)利要求書中是顯而易見的。

技術(shù)特征：

1.一種收發(fā)設(shè)備（100），包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收發(fā)設(shè)備（100），其中，所述多天線饋線陣列（110）用于基于所述傳輸矩陣的所述一個或多個廣義特征向量生成所述預(yù)編碼器作為所述傳輸矩陣的所述一個或多個廣義特征向量的線性組合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的收發(fā)設(shè)備（100），其中，所述多天線饋線陣列（110）用于基于具有最大廣義特征值的所述傳輸矩陣的廣義特征向量生成所述預(yù)編碼器。

4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的收發(fā)設(shè)備（100），其中，所述ris（120）與所述多天線饋線陣列（110）之間的距離小于所述ris（120）與所述多天線饋線陣列（110）之間的瑞利距離。

5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的收發(fā)設(shè)備（100），其中，所述ris（120）的所述多個無源天線（121）設(shè)置在基本平面或曲面上。

6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的收發(fā)設(shè)備（100），其中，所述多天線饋線陣列（110）包括基帶處理器（112），用于使用所述預(yù)編碼器對所述數(shù)據(jù)流進(jìn)行預(yù)編碼。

7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的收發(fā)設(shè)備（100），其中，所述傳輸矩陣t具有奇異值分解（svd）：

8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的收發(fā)設(shè)備（100），其中，所述ris（120）用于控制相應(yīng)的可調(diào)相移，使得所述多個無源天線（121）重新傳輸?shù)乃鲭姶泡椛湓谄谕繕?biāo)方向上相干干涉。

9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的收發(fā)設(shè)備（100），其中，所述多個無源天線（121）的數(shù)量遠(yuǎn)大于所述多個有源天線（111）的數(shù)量。

10.一種用于操作收發(fā)設(shè)備（100）的方法（400），其中，所述收發(fā)設(shè)備（100）包括具有多個有源天線（111）的多天線饋線陣列（110），其中，所述多個有源天線（111）用于基于使用預(yù)編碼器預(yù)編碼的數(shù)據(jù)流傳輸電磁輻射；以及具有多個無源天線（121）的可重構(gòu)智能表面（ris）（120），其中，每個無源天線（121）用于從所述多天線饋線陣列（110）接收所述電磁輻射，并以相應(yīng)的可調(diào)相移重新傳輸接收到的電磁輻射，其中，從所述多天線饋線陣列（110）的所述多個有源天線（111）到所述ris（120）的所述多個無源天線（121）的傳輸由傳輸矩陣定義，所述方法（400）包括以下步驟：

11.一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中，所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)用于存儲程序代碼，當(dāng)所述程序代碼被計算機(jī)或處理器執(zhí)行時，使得所述計算機(jī)或所述處理器執(zhí)行權(quán)利要求10所述的方法（400）。

技術(shù)總結(jié)
公開了一種收發(fā)設(shè)備（100），尤其是用于無線通信。所述收發(fā)設(shè)備（100）包括多天線饋線陣列（110），包括多個有源天線（111），其中，所述多個有源天線（111）用于基于使用預(yù)編碼器預(yù)編碼的數(shù)據(jù)流傳輸電磁輻射，以對所述電磁輻射進(jìn)行波束成形。此外，所述收發(fā)設(shè)備（100）包括可重構(gòu)智能表面（RIS）（120），其中，所述RIS（120）包括多個無源天線（121），每個無源天線（121）用于從所述多天線饋線陣列（110）接收所述電磁輻射，并以相應(yīng)的可調(diào)相移重新傳輸接收到的電磁輻射。從所述多天線饋線陣列（110）的所述多個有源天線（111）到所述RIS（121）的所述多個無源天線（121）的傳輸由傳輸矩陣定義。所述多天線饋線陣列（110）用于基于所述傳輸矩陣的一個或多個廣義特征向量生成所述預(yù)編碼器。所述一個或多個廣義特征向量可以是所述傳輸矩陣的奇異值分解的一個或多個左奇異向量或右奇異向量。

技術(shù)研發(fā)人員：杰賽普·凱爾,克里尚·庫馬爾·蒂瓦里
受保護(hù)的技術(shù)使用者：杜塞爾多夫華為技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15