本技術(shù)涉及通信，具體涉及一種基于全息超表面分層碼本的波束成形方法、裝置、設(shè)備及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、超大規(guī)模陣列有望滿足未來6g網(wǎng)絡(luò)的高數(shù)據(jù)率需求，傳統(tǒng)的相控陣依賴于高分辨率移相器，隨著向超大規(guī)模陣列的過渡，相控陣面臨著難以負(fù)擔(dān)的硬件成本和功耗。可重構(gòu)全息超表面(reconfigurable?holographic?surface，rhs)可以突破傳統(tǒng)相控陣的瓶頸，與每個天線都需要饋線和移相元件的相控陣不同，rhs單元的振幅僅通過簡單的二極管電路控制，以實現(xiàn)高定向增益，成為更具成本效益和功率效率的超大規(guī)模陣列實現(xiàn)方案。

2、盡管大規(guī)模rhs為部署大規(guī)模陣列提供了一種潛在的解決方案，但大量rhs單元也會導(dǎo)致信道鏈路數(shù)量的成倍增加，這使得獲取用于波束成形的信道狀態(tài)信息復(fù)雜度極高。為了避免獲取準(zhǔn)確的信道信息，可以通過碼本設(shè)計和波束訓(xùn)練來完成波束成形，即在波束成形之前從預(yù)先設(shè)計的碼本中搜索與用戶端信道匹配的最優(yōu)碼字。超大規(guī)模的超表面尺寸導(dǎo)致近場區(qū)域擴(kuò)展，波束訓(xùn)練需在角度-距離二元域中進(jìn)行。相關(guān)技術(shù)的近場波束訓(xùn)練面臨著距離維和角度維雙重的高訓(xùn)練開銷，相關(guān)技術(shù)主要是通過部署額外的硬件單元或使用多波束設(shè)計方案來降低訓(xùn)練開銷。然而，在超大規(guī)模陣列中，使用時延電路等高成本硬件面臨著極高的成本和能耗開銷，而多波束設(shè)計存在著目標(biāo)區(qū)域增益抖動甚至衰減的技術(shù)問題。

3、上述的陳述僅用于提供與本技術(shù)有關(guān)的背景技術(shù)信息，而不必然地構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種基于全息超表面分層碼本的波束成形方法、裝置、設(shè)備及存儲介質(zhì)。為了對披露的實施例的一些方面有一個基本的理解，下面給出了簡單的概括。該概括部分不是泛泛評述，也不是要確定關(guān)鍵/重要組成元素或描繪這些實施例的保護(hù)范圍。其唯一目的是用簡單的形式呈現(xiàn)一些概念，以此作為后面的詳細(xì)說明的序言。

2、根據(jù)本技術(shù)實施例的一個方面，提供一種基于全息超表面分層碼本的波束成形方法，包括：

3、基于可重構(gòu)全息超表面rhs陣列和預(yù)設(shè)計的分層碼本，生成不同寬度的波束；

4、基于所述預(yù)設(shè)計的分層碼本對所述不同寬度的波束進(jìn)行訓(xùn)練，得到用于波束成形的最優(yōu)波束。

5、在本技術(shù)的一些實施例中，所述基于可重構(gòu)全息超表面rhs陣列和預(yù)設(shè)計的分層碼本，生成不同寬度的波束，包括：

6、調(diào)控所述rhs陣列中的各rhs單元的振幅，以調(diào)整所述rhs陣列中振幅為0的rhs單元的數(shù)量，形成不同等效規(guī)模的rhs陣列；

7、基于所述不同等效規(guī)模的rhs陣列和所述預(yù)設(shè)計的分層碼本，生成不同寬度的波束。

8、在本技術(shù)的一些實施例中，所述基于所述不同等效規(guī)模的rhs陣列和所述預(yù)設(shè)計的分層碼本，生成不同寬度的波束，包括：

9、針對每一種等效規(guī)模的rhs陣列，通過調(diào)控所述rhs陣列中各rhs單元的振幅調(diào)控使第一碼字與所述第一碼字對應(yīng)的導(dǎo)向矢量的內(nèi)積最大化，得到對應(yīng)的碼字；所述第一碼字為所述分層碼本中的任一碼字；

10、基于所述對應(yīng)的碼字生成對應(yīng)寬度的波束。

11、在本技術(shù)的一些實施例中，所述基于所述預(yù)設(shè)計的分層碼本對所述不同寬度的波束進(jìn)行訓(xùn)練，得到用于波束成形的最優(yōu)波束，包括：

12、基于具有分層架構(gòu)的rhs碼本，在碼本上層對用戶端的角度進(jìn)行逐層搜索，在碼本底層完成用戶端距離的搜索，以基于所述用戶端的角度和距離確定所述用戶端的位置；

13、基于所述用戶端的位置生成對應(yīng)的成形波束。

14、在本技術(shù)的一些實施例中，所述預(yù)設(shè)計的分層碼本包括上層子碼本和底層子碼本；所述基于所述預(yù)設(shè)計的分層碼本對所述不同寬度的波束進(jìn)行訓(xùn)練，得到用于波束成形的最優(yōu)波束，包括：

15、在上層子碼本的波束訓(xùn)練中，使用每層子碼本中的兩個碼字依次傳輸信號給用戶端；

16、接收所述用戶端反饋的碼字信號，所述碼字信號為所述用戶端從所述兩個碼字中確定出的信號功率較大的碼字；

17、通過所述碼字信號確定所述用戶端的第一角度范圍以及下一層中使用的子碼本；

18、根據(jù)通過上層子碼本的波束訓(xùn)練獲得的用戶端的角度信息確定應(yīng)使用的底層子碼本；

19、使用所述應(yīng)使用的的底層子碼本進(jìn)行波束訓(xùn)練，獲得用戶端反饋的信號最強(qiáng)的碼字，所述信號最強(qiáng)的碼字所對應(yīng)的角度和距離為所述用戶端的位置；

20、基于所述信號最強(qiáng)的碼字獲得用于波束成形的最優(yōu)波束。

21、在本技術(shù)的一些實施例中，所述rhs陣列具有多個rhs單元，第n個rhs單元的輻射振幅表示為mn∈[0，1]；

22、所述rhs陣列的波束成形向量v的第n個元素表示為

23、

24、其中η表示每個rhs單元的功率效率，定義為每個rhs單元接受的功率與總功率的比值，α是衰減常數(shù)，ks是rhs上的傳播矢量，rn代表饋源到第n個單元的位矢。

25、在本技術(shù)的一些實施例中，所述上層子碼本的各層中，碼字在角度域的覆蓋范圍逐層減半；第i層有2i-1個子碼本，每個子碼本中有兩個碼字，根據(jù)單元個數(shù)與波束寬度的關(guān)系，得到第i層中的子碼本對應(yīng)的單元數(shù)量為底層子碼本則使用所有n個單元來設(shè)計高分辨率的碼字；

26、碼字的生成方式為通過rhs的幅度調(diào)控最大化碼字v與其對應(yīng)的導(dǎo)向矢量b(,ψ,μ)的內(nèi)積：

27、max|bh(n,,)v|,

28、s.t.mn∈[0，1],

29、其中導(dǎo)向矢量

30、在所述上層子碼本中，第i層的第j個子碼本需要覆蓋的角度域范圍為其中兩個碼字對應(yīng)的角度ψ分別為和對應(yīng)的距離為

31、底層子碼本中，每個子碼本在距離維進(jìn)行了t個等距采樣，在角度維進(jìn)行了2個等距采樣，以生成底層碼字；底層中第j個子碼本的第t個距離采樣為兩個角度分別為

32、根據(jù)本技術(shù)實施例的另一個方面，提供一種基于全息超表面分層碼本的波束成形裝置，包括：

33、波束生成模塊，用于基于可重構(gòu)全息超表面rhs陣列和預(yù)設(shè)計的分層碼本，生成不同寬度的波束；

34、波束訓(xùn)練模塊，用于基于所述預(yù)設(shè)計的分層碼本對所述不同寬度的波束進(jìn)行訓(xùn)練，得到用于波束成形的最優(yōu)波束。

35、根據(jù)本技術(shù)實施例的另一個方面，提供一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序，以實現(xiàn)本技術(shù)任一實施例所述的基于全息超表面分層碼本的波束成形方法。

36、根據(jù)本技術(shù)實施例的另一個方面，提供一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行，以實現(xiàn)本技術(shù)任一實施例所述的基于全息超表面分層碼本的波束成形方法。

37、本技術(shù)實施例的其中一個方面提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

38、本技術(shù)實施例提供的基于全息超表面分層碼本的波束成形方法，基于可重構(gòu)全息超表面rhs陣列和預(yù)設(shè)計的分層碼本，生成不同寬度的波束，基于所述預(yù)設(shè)計的分層碼本對所述不同寬度的波束進(jìn)行訓(xùn)練，得到用于波束成形的最優(yōu)波束，利用了rhs幅度調(diào)控特征，通過等效變化rhs陣列規(guī)模，實現(xiàn)了不同波束寬度的高增益碼字，無需額外硬件單元，避免了多波束方案中增益衰減的問題，大幅降低了波束訓(xùn)練開銷，提高了用戶端數(shù)據(jù)率，實現(xiàn)了低開銷、低硬件成本、高增益的碼本和波束訓(xùn)練方案，在不添加額外硬件單元的前提下，實現(xiàn)了波束覆蓋范圍可變的碼字，實現(xiàn)了低開銷分層波束訓(xùn)練。

39、上述說明僅是本技術(shù)實施例技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本技術(shù)的實施例的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本技術(shù)實施例的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本技術(shù)的具體實施方式。