基于光学智能反射面的宽带传输优化方法及装置

1.本技术涉及智能反射和可见光宽带通信技术领域，特别涉及一种基于光学智能反射面的宽带传输优化方法及装置。


背景技术：

2.未来的第六代(6g)通信被设想为一个具有全球覆盖、全频谱使用和智能通信特点的强大无线网络，其可以为大量用户和设备提供超高数据速率。vlc(visible light communication,可见光通信)和lifi(light fidelity,光保真技术)具有非常丰富的频谱范围，并且可以为用户提供非常高的无线传输速度，二者由此也被认为是6g通信中的关键候选技术。vlc和lifi还在通信的安全性、数据密度和提供照明功能等方面具有诸多好处。在传统rf(radio frequency,射频通信)中，irs(intelligent reflecting surface,智能反射表面)被证实是一项可以有效提升无线通信系统性能的技术，其在频谱效率、多址接入和安全通信等领域都有非常大的潜力。
3.相关技术中，使用oirs(optical irs,光学智能反射表面)系统来辅助各种owc(optical wireless communication,光学无线通信)系统，以增强接收信号强度并避免一些视距路径遮挡问题。
4.然而，相关技术中，加入oirs会导致码间串扰，使得信道频率不平坦，造成系统性能恶化，对用户具有负增益，亟待改进。


技术实现要素：

5.本技术提供一种基于光学智能反射面的宽带传输优化方法及装置，以解决相关技术中，加入oirs会导致码间串扰，使得信道频率不平坦，造成系统性能恶化，对用户具有负增益等问题，提高光学智能反射表面的增益效果，减少光学智能反射表面调度的能量损耗，增加无线光宽带通信系统的信道容量。
6.本技术第一方面实施例提供一种基于光学智能反射面的宽带传输优化方法，包括以下步骤：利用收发机和光学智能反射面的位置信息计算房间内各用户的平均多径传播延时；基于所述收发机和光学智能反射面的位置信息计算所述房间内各用户的视距路径信道增益与反射路径信道增益；利用预设优化约束和预设优化目标，结合多址接入方式，基于所述平均多径传播延时、所述视距路径信道增益与所述反射路径信道增益获取所述房间内各用户的最优光学智能反射表面参数；以及结合最优光学智能反射表面参数和所述多址接入方式，获得相应的最优多用户信号传输策略。
7.可选地，在本技术的一个实施例中，所述利用收发机和光学智能反射面的位置信息计算房间内各用户的平均多径传播延时，包括：基于视距路径的信道状态信息，结合发射机和接收机的位置信息，计算从所述发射机到每个用户的视距路径传播延时；基于反射路径的信道状态信息，结合所述发射机、光学智能反射表面各单元和接收机的位置信息，计算从所述发射机经过所述光学智能反射表面各单元反射后到达所述接收机的发射路径传播
延时；基于系统传输带宽与所述光学智能反射表面各单元的反射路径传播延时，对光学智能发射表面单元进行分组，并计算每组反射单元的平均反射路径传播延时。
8.可选地，在本技术的一个实施例中，所述基于系统传输带宽与所述光学智能反射表面各单元的反射路径传播延时，对光学智能发射表面单元进行分组，并计算每组反射单元的平均反射路径传播延时，包括：将所述反射路径传播延时达到预设接近条件的反射表面单元分为同组，使得每组反射单元的最大传播延时差异小于等于接收机采样间隔；计算每组反射单元的平均传播延时，以作为所述每组反射单元的反射路径传播延时，其中，当光学智能反射表面单元的数量小于预设阈值且单元之间的反射路径传播延时满足预设条件时，所有反射单元分为同一组。
9.可选地，在本技术的一个实施例中，所述基于所述收发机和光学智能反射面的位置信息计算所述房间内各用户的视距路径信道增益与反射路径信道增益，包括：结合所述收发机的位置信息和视距路径信道状态信息，计算所述房间内各用户的视距路径信道增益；结合所述收发机和所述光学智能反射面的位置信息，分别计算每个反射单元所提供的反射路径信道增益，并计算所述每组反射单元提供的总反射路径信道增益。
10.可选地，在本技术的一个实施例中，所述利用预设优化约束和预设优化目标，结合多址接入方式，基于所述平均多径传播延时、所述视距路径信道增益与所述反射路径信道增益获取所述房间内各用户的最优光学智能反射表面参数，包括：基于视距路径和智能表面反射路径的信道状态信息，结合所述发射机、所述光学智能反射表面和所述接收机的位置信息、所述预设优化约束与优化目标，结合所述多址接入方式，利用预设优化方法对所述光学智能反射表面的参数进行优化，得到所述最优光学智能反射表面参数。
11.可选地，在本技术的一个实施例中，所述预设优化目标包括无线光通信系统的误码率最小化、信道容量最大化和多用户最小速率最大化中的至少一项。
12.可选地，在本技术的一个实施例中，所述预设优化约束包括光信号的非负实数约束、发射总功率约束、用户服务质量约束、多用户和速率约束和单用户速率约束中的至少一项。
13.可选地，在本技术的一个实施例中，所述多址接入方式包括非正交多址接入方式或正交多址接入方式；其中，所述非正交多址接入方式包括功率域非正交多址接入方式、码域非正交多址接入方式、稀疏编码多址接入方式中的至少一项；所述正交多址接入方式包括时域正交接入方式、频域正交接入方式、正交频分多址接入方式中的至少一项。
14.可选地，在本技术的一个实施例中，基于光学智能反射面的宽带传输优化方法还包括：基于用户的改变指令，调整所述最优光学智能反射表面参数；基于调整后的所最优光学智能反射表面参数改变无线光通信的智能表面反射路径信号，以改变总信道增益。
15.可选地，在本技术的一个实施例中，所述基于调整后的所最优光学智能反射表面参数改变无线光通信的智能表面反射路径信号，以改变总信道增益，包括：调整所述光学智能反射表面的反射单元的朝向角度或者控制电压的方式；将反射单元对准相应的所述发射机的led(light emitting diode，发光二极管)和所述接收机，使得所述反射单元将所述led发射的光束反射至对应的所述接收机，以进行所述光学智能反射表面参数中所述发射机、所述光学智能反射表面和接收机之间的对准关系的调整。
16.本技术第二方面实施例提供一种基于光学智能反射面的宽带传输优化装置，包
括：第一计算模块，用于利用收发机和光学智能反射面的位置信息计算房间内各用户的平均多径传播延时；第二计算模块，用于基于所述收发机和光学智能反射面的位置信息计算所述房间内各用户的视距路径信道增益与反射路径信道增益；获取模块，用于利用预设优化约束和预设优化目标，结合多址接入方式，基于所述平均多径传播延时、所述视距路径信道增益与所述反射路径信道增益获取所述房间内各用户的最优光学智能反射表面参数；以及优化模块，用于结合最优光学智能反射表面参数和所述多址接入方式，获得相应的最优多用户信号传输策略。
17.可选地，在本技术的一个实施例中，所述第一计算模块包括：第一计算单元，用于基于视距路径的信道状态信息，结合发射机和接收机的位置信息，计算从所述发射机到每个用户的视距路径传播延时；第二计算单元，用于基于反射路径的信道状态信息，结合所述发射机、光学智能反射表面各单元和接收机的位置信息，计算从所述发射机经过所述光学智能反射表面各单元反射后到达所述接收机的发射路径传播延时；第三计算单元，用于基于系统传输带宽与所述光学智能反射表面各单元的反射路径传播延时，对光学智能发射表面单元进行分组，并计算每组反射单元的平均反射路径传播延时。
18.可选地，在本技术的一个实施例中，所述第三计算单元包括：分组组件，用于将所述反射路径传播延时达到预设接近条件的反射表面单元分为同组，使得每组反射单元的最大传播延时差异小于等于接收机采样间隔；计算组件，用于计算每组反射单元的平均传播延时，以作为所述每组反射单元的反射路径传播延时，其中，当光学智能反射表面单元的数量小于预设阈值且单元之间的反射路径传播延时满足预设条件时，所有反射单元分为同一组。
19.可选地，在本技术的一个实施例中，所述第二计算模块包括：第四计算单元，用于结合所述收发机的位置信息和视距路径信道状态信息，计算所述房间内各用户的视距路径信道增益；第五计算单元，用于结合所述收发机和所述光学智能反射面的位置信息，分别计算每个反射单元所提供的反射路径信道增益，并计算所述每组反射单元提供的总反射路径信道增益。
20.可选地，在本技术的一个实施例中，所述获取模块包括：获取单元，用于基于视距路径和智能表面反射路径的信道状态信息，结合所述发射机、所述光学智能反射表面和所述接收机的位置信息、所述预设优化约束与优化目标，结合所述多址接入方式，利用预设优化方法对所述光学智能反射表面的参数进行优化，得到所述最优光学智能反射表面参数。
21.可选地，在本技术的一个实施例中，所述预设优化目标包括无线光通信系统的误码率最小化、信道容量最大化和多用户最小速率最大化中的至少一项。
22.可选地，在本技术的一个实施例中，所述预设优化约束包括光信号的非负实数约束、发射总功率约束、用户服务质量约束、多用户和速率约束和单用户速率约束中的至少一项。
23.可选地，在本技术的一个实施例中，所述多址接入方式包括非正交多址接入方式或正交多址接入方式；其中，所述非正交多址接入方式包括功率域非正交多址接入方式、码域非正交多址接入方式、稀疏编码多址接入方式中的至少一项；所述正交多址接入方式包括时域正交接入方式、频域正交接入方式、正交频分多址接入方式中的至少一项。
24.可选地，在本技术的一个实施例中，基于光学智能反射面的宽带传输优化装置还
包括：调整模块，用于基于用户的改变指令，调整所述最优光学智能反射表面参数；改变模块，用于基于调整后的所最优光学智能反射表面参数改变无线光通信的智能表面反射路径信号，以改变总信道增益。
25.可选地，在本技术的一个实施例中，所述改变模块包括：调整单元，用于调整所述光学智能反射表面的反射单元的朝向角度或者控制电压的方式；对准单元，用于将反射单元对准相应的所述发射机的led和所述接收机，使得所述反射单元将所述led发射的光束反射至对应的所述接收机，以进行所述光学智能反射表面参数中所述发射机、所述光学智能反射表面和接收机之间的对准关系的调整。
26.本技术第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法。
27.本技术第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法。
28.本技术实施例可以基于多用户的平均多径传播延时、视距路径信道增益与反射路径信道增益获取最优光学智能反射表面参数，并结合多址接入方式获取相应的最优多用户信号传输策略，提高了光学智能反射表面的增益效果，减少了光学智能反射表面调度的能量损耗，增加了无线光宽带通信系统的信道容量。由此，解决了相关技术中，加入oirs会导致码间串扰，使得信道频率不平坦，造成系统性能恶化，对用户具有负增益等问题，提高光学智能反射表面的增益效果，减少光学智能反射表面调度的能量损耗，增加无线光宽带通信系统的信道容量。
29.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
30.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
31.图1为根据本技术实施例提供的一种基于光学智能反射面的宽带传输优化方法的流程图；
32.图2为根据本技术一个实施例的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法的原理示意图；
33.图3为根据本技术一个实施例的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法的信号处理框图；
34.图4为根据本技术一个实施例的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法的遗传算法的示意图；
35.图5为根据本技术实施例提供的一种基于光学智能反射面的宽带传输优化装置的结构示意图；
36.图6为根据本技术实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
37.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
38.在对本发明实施例的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法及装置进行详细说明之前，先对相关技术进行具体说明。
39.具体地，irs的基本原理是通过在无线传播环境中部署多个可调整的反射单元，通过反射的方式将入射信号反射给目标用户，由此irs可以自适应地重新配置无线电磁环境，以此改变无线通信信道。
40.大多数的vlc系统使用直接检测(direct detection,dd)的强度调制(intensity modulation,im)来传输信息。由于vlc中的检测面积相较于可见光的波长而言非常大，所以vlc中的小规模衰落通常较小，在窄带系统中通常被忽略。因此，通过不同路径接收的多个光信号可以在没有严格相位控制的情况下进行直接组合。这一特性使得vlc中的oirs与rf系统中的irs有着根本的不同。在irs辅助的rf无线系统中，调整具有最佳相位的反射矩阵对于实现最高增益至关重要。而在oirs辅助vlc系统中，控制反射单元将光信号反射到所需目标方向至关重要。
41.在vlc的宽带通信系统中，由于系统带宽较宽，接收机处的采样间隔较短，这就导致了视距(line-of-sight,los)路径和反射路径的反射延时差异变得不可忽略，所以oirs的加入可能会导致码间串扰而使得vlc的信道频率相应变得不平坦，进而造成系统性能的恶化。此外，当反射路径信道增益相较视距路径信道增益较小时，oirs加入导致的码间串扰效应可能会超过其带来的信号增强作用，这就导致了oirs的加入可能对于房间内某些位置的用户具有负增益，所以在vlc宽带通信系统中的oirs分配问题与常见的窄带系统具有很大的不同，在宽带系统中需要综合考虑系统带宽、多径传播延时、收发机位置等信息，对oirs进行合理分配以保证不会出现系统性能恶化的情况。
42.正是基于上述问题，本发明实施例提出了一种基于光学智能反射面的宽带传输优化方法及装置。
43.下面参考附图描述本技术实施例的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法及装置。针对上述背景技术中心提到的相关技术中，加入oirs会导致码间串扰，使得信道频率不平坦，造成系统性能恶化，对用户具有负增益的问题，本技术提供了一种基于光学智能反射面的宽带传输优化方法，在该方法中，可以基于多用户的平均多径传播延时、视距路径信道增益与反射路径信道增益获取最优光学智能反射表面参数，并结合多址接入方式获取相应的最优多用户信号传输策略，提高了光学智能反射表面的增益效果，减少了光学智能反射表面调度的能量损耗，增加了无线光宽带通信系统的信道容量。由此，解决了相关技术中，加入oirs会导致码间串扰，使得信道频率不平坦，造成系统性能恶化，对用户具有负增益等问题，提高光学智能反射表面的增益效果，减少光学智能反射表面调度的能量损耗，增加无线光宽带通信系统的信道容量。
44.具体而言，图1为本技术实施例所提供的一种基于光学智能反射面的宽带传输优化方法的流程示意图。
45.如图1所示，该基于光学智能反射面的宽带传输优化方法包括以下步骤：
46.在步骤s101中，利用收发机和光学智能反射面的位置信息计算房间内各用户的平均多径传播延时。
47.在实际执行过程中，本技术实施例可以假设收发机和光学智能反射面的位置都是固定的并且位置已知，可以视为固定参数提前储存在系统控制器内。本技术实施例可以假设所有用户的移动状态都是准静态，即在短时间内用户位置不发生较大改变，因此在传输信息时隙内可以视为固定。特别的，若是用户位置发生了较大改变，则需要重新获取用户位置信息然后重新对光学智能反射面参数进行优化。
48.举例而言，本技术的实施例可以利用wifi(wireless fidelity，移动热点)定位技术或zigbee定位技术等室内定位技术来获取并更新用户的位置信息。其中，wifi定位技术可以通过接收端的路由器信号强度来进行定位，zigbee定位技术可以通过短距离无线通信协议来获取用户位置信息，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，在此不做具体限制。
49.其中，关于平均多径传播延时的计算方法将在下文进行详细阐述。
50.可选地，在本技术的一个实施例中，利用收发机和光学智能反射面的位置信息计算房间内各用户的平均多径传播延时，包括：基于视距路径的信道状态信息，结合发射机和接收机的位置信息，计算从发射机到每个用户的视距路径传播延时；基于反射路径的信道状态信息，结合发射机、光学智能反射表面各单元和接收机的位置信息，计算从发射机经过光学智能反射表面各单元反射后到达接收机的发射路径传播延时；基于系统传输带宽与光学智能反射表面各单元的反射路径传播延时，对光学智能发射表面单元进行分组，并计算每组反射单元的平均反射路径传播延时。
51.在此，对平均多径传播延时的计算方法进行举例说明。在实际执行过程中，如图2所示，为基于光学智能反射面的宽带传输优化方法的原理示意图。需要注意的是，在本技术实施例中，发射机数量可以为一，接收机数量可以为多个，光学智能反射表面的单元数量可以为一个或多个。
52.其中，本技术实施例可以使用k和w表示接收机数量和接收机的系统总带宽，使用n表示室内所有智能反射表面单元的数量。本技术实施例可以使用x
l
、y
l
和z
l
来分别表示发射机的三维坐标，使用x(n)、y(n)和z(n)来分别表示第n个光学智能反射面单元的三维坐标，且这些坐标信息在通信过程中都不会发生改变。本技术实例可以使用xu(k)、yu(k)和zuk)来分别表示第k个用户的最新三维坐标，并会在用户位置发生移动后更新。
53.可以理解的是，由于本技术实施例中漫反射与多次反射路径的增益远小于视距路径和单次镜面反射路径的增益，因此在本技术实施例中可以不予考虑，而只考虑从发射机到接收机之间的视距路径与经过智能反射面一次镜面反射后到达接收机的反射路径。
54.由此，本技术实例中从发射机到第k个用户的视距路径传播延时可以为：
[0055][0056]
其中，c表示电磁波的传播速度，x
l
、y
l
和z
l
分别表示发射机的三维坐标，xu(k)、yu(k)和zu(k)分别表示第k个用户的最新三维坐标。
[0057]
从发射机经第n个光学智能反射面单元反射后到达第k个用户的反射路径传播延时为：
[0058][0059]
其中，c表示电磁波的传播速度，x
l
、y
l
和z
l
分别表示发射机的三维坐标，xu(k)、yu(k)和zu(k)分别表示第k个用户的最新三维坐标，x(n)、y(n)和z(n)分别表示第n个光学智能反射面单元的三维坐标。
[0060]
可选地，在本技术的一个实施例中，基于系统传输带宽与光学智能反射表面各单元的反射路径传播延时，对光学智能发射表面单元进行分组，并计算每组反射单元的平均反射路径传播延时，包括：将反射路径传播延时达到预设接近条件的反射表面单元分为同组，使得每组反射单元的最大传播延时差异小于等于接收机采样间隔；计算每组反射单元的平均传播延时，以作为每组反射单元的反射路径传播延时，其中，当光学智能反射表面单元的数量小于预设阈值且单元之间的反射路径传播延时满足预设条件时，所有反射单元分为同一组。
[0061]
具体而言，在宽带通信中，由于接收机处的采样时间间隔较短，所以可能导致多径传播的符号信息会在不同的时间间隔到达接收机，故需要对光学智能反射面进行分组，使得每组内反射表面单元的最大传播延时差小于等于接收机采样间隔。本技术实例可以使用集合ni表示第i个光学智能反射面单元组内的编号，使用集合表示接收机编号，则任何智能反射表面单元组内的反射单元应该满足：
[0062][0063]
因此，由于每组内的光学智能反射表面单元的多径传播延时差在每个采样间隔内无法区分，所以可以使用组内所有单元的反射路径传播延时平均值来表示组内各单元的反射路径传播延时。
[0064]
在步骤s102中，基于收发机和光学智能反射面的位置信息计算房间内各用户的视距路径信道增益与反射路径信道增益。
[0065]
举例而言，本技术实施例可以利用信道估计技术获取视距路径和智能表面反射路径的信道状态信息。其中，信道估计技术可以是基于时域训练序列的信道估计技术，也可以是基于导频序列的信道估计技术，例如最小二乘估计法、(线性)最小均方误差估计法等，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，于此不做具体限制。此外，视距路径的信道估计可以在关闭光学智能反射表面的情况下进行；智能表面反射路径的信道估计可以依次打开超表面各单元，对通过各单元表面的反射路径信道响应进行估计。
[0066]
可选地，在本技术的一个实施例中，基于收发机和光学智能反射面的位置信息计算房间内各用户的视距路径信道增益与反射路径信道增益，包括：结合收发机的位置信息和视距路径信道状态信息，计算房间内各用户的视距路径信道增益；结合收发机和光学智能反射面的位置信息，分别计算每个反射单元所提供的反射路径信道增益，并计算每组反射单元提供的总反射路径信道增益。
[0067]
在实际执行过程中，本技术实施例可以基于朗伯辐射模型定义由发射机和接收机k所构成视距路径的信道增益为hk，则视距路径信道增益h可以表示为：
[0068][0069]
本技术实施例可以定义由智能反射表面单元n和接收机k所构成智能表面反射路
径的信道增益为g
n,k
，则智能表面发射路径信道增益g可以表示为：
[0070][0071]
其中
[0072]
具体而言，本技术实施例可以通过使用收发端和智能反射表面各单元之间的二进制关联矩阵作为光学智能反射表面矩阵。其中，关联矩阵s的行数为智能反射表面的单元数，列数表示接收机的数量。矩阵元素为“1”时表示智能反射表面单元和对应接收机之间存在关联，即由发射机、智能反射表面单元和接收机构成的智能表面反射路径符合广义斯涅尔定律，智能表面可以将发射端的信号反射给指定接收机；为“0”则表示智能反射表面单元和对应接收机没有对准。
[0073]
在步骤s103中，利用预设优化约束和预设优化目标，结合多址接入方式，基于平均多径传播延时、视距路径信道增益与反射路径信道增益获取房间内各用户的最优光学智能反射表面参数。
[0074]
在实际执行过程中，本技术实施例可以利用预设优化约束和预设优化目标，结合多址接入方式，基于平均多径传播延时、视距路径信道增益与反射路径信道增益，优化光学智能反射表面单元与用户之间的服务关系，从而获取房间内各用户的最优光学智能反射表面参数，使每个用户接收零个或多个光学智能反射表面单元的服务，从而为基于光学智能反射表面的无线光下行宽带通信的实现提供可靠地数据支撑。
[0075]
其中，预设优化约束和预设优化目标会在下文进行详细阐述。
[0076]
可选地，在本技术的一个实施例中，利用预设优化约束和预设优化目标，结合多址接入方式，基于平均多径传播延时、视距路径信道增益与反射路径信道增益获取房间内各用户的最优光学智能反射表面参数，包括：基于视距路径和智能表面反射路径的信道状态信息，结合发射机、光学智能反射表面和接收机的位置信息、预设优化约束与优化目标，结合多址接入方式，利用预设优化方法对光学智能反射表面的参数进行优化，得到最优光学智能反射表面参数。
[0077]
由于在宽带通信系统中，接收机的采样频率较高，所以视距路径与反射路径的传播延时会导致从发射机发送的符号信息在不同采样时隙到达接收机，从而造成码间串扰，因此视距路径与反射路径的信道增益不能直接进行相加。下面将具体介绍如何计算基于光学智能反射面的宽带传输系统的联合信道增益。
[0078]
举例而言，本技术实施例可以定义第k个用户的视距路径信道增益为hk，从发射机到达第k个用户的视距路径传播延时为假设服务第k个用户的光学智能反射表面单元为某一个单元组ni，该组智能反射单元的平均反射路径传播延时为则可以得到光学智能反射表面单元组ni提供的总反射路径信道增益为：
[0079][0080]
综上所述，可以得到第k个用户的信道时域冲击响应表达式为：
[0081][0082]
其中δ(t)是单位冲击响应函数。对信道时域冲击相应表达式进行傅里叶变换即可以得到对应的信道频率响应表达式：
[0083][0084]
信道增益可以通过信道频率响应模的平方来表示，即第k个用户的联合信道增益可以写为如下形式：
[0085][0086]
其中，δτk表示第k个用户视距路径与反射路径的传播延时差的绝对值，即：
[0087][0088]
需要说明的是，当有多个智能反射表面单元组服务第k个用户时，由于每个单元组的反射路径传播延时有所差距，所以第k个用户的信道冲击响应表达式需要写成如下形式：
[0089][0090]
由此计算出的联合信道增益表达式较为复杂，但是依旧可以通过先做傅里叶变换再求模的平方的方式得到，在此不再赘述。
[0091]
进一步地，本技术的实施例可以将系统总信道容量作为优化目标，由于可见光通信系统无法直接使用香农公式，因此，可以使用vlc系统的可达速率下界值作为优化目标。由于在宽带通信系统中，多径延时造成用户的联合信道增益与频率有关，因此在计算可达速率时需要对频率积分。
[0092]
特别的，本技术实施例可以以多址接入方式采用时分多址为例，假设每个用户的传输时隙时长相等。当服务第k个用户的光学智能反射表面单元为某一个单元组ni时，其可达速率下界值为：
[0093][0094]
其中，p
t
代表着发射端的发射功率，σ2代表接收端的高斯白噪声功率，e是自然对数函数的底数。
[0095]
当没有光学智能反射表面单元服务第k个用户时，即第k个用户只接收视距路径的信号，其可达速率下界值为：
[0096][0097]
需要说明的是，对于不同的多址接入方式，可见光通信系统的多用户可达速率表达式也不相同，本领域的研究人员可以根据实际情况选择合适的多址接入方式，并根据相应的可达速率表达式分别计算出分配某一个单元组ni前后第k个用户的可达速率和rk。
[0098]
值得注意的是，在某些情况下，本技术实施例可能存在着将某一个单元组ni分配给第k个用户后，第k个用户的可达速率相较于分配光学智能反射单元前反而有所下降，即：
[0099][0100]
但当反射单元组内分配的单元数量足够多时，再分配同一单元组内的智能反射单元给第k个用户便会带来增益。由此，在基于智能光学反射面的无线光下行宽带通信系统中，对某一个智能反射单元组ni而言，本技术实施例可以存在两种分配情况：将组内所有的智能反射单元都分配给某一个用户，或者不分配给任何用户。
[0101]
本技术实施例所采用的算法可以包括但不限于贪心算法，从而获得最优的光学智
能反射表面参数。对于某一个智能反射单元组ni，本技术实施例可以采用贪心算法将其分配给能带来最多可达速率增益的用户。记代表分配某一个单元组前第k个用户的可达速率，rk代表将某一个单元组分配给第k个用户后其可达速率，则智能反射单元组ni所要服务的用户应该满足：
[0102][0103]
同时，将智能反射单元组分配给用户k
*
后还需要满足否则当该智能反射表面单元组分配给用户只会带来负增益时，此单元组便不分配给任何用户。由此，贪心算法可以在最大化系统总可达速率的同时，还可以保证分配光学智能反射表面不会造成系统容量恶化，当智能反射单元不分配给任何用户时，也可以一定程度上减少调度智能反射表面单元所需的能量消耗。
[0104]
本技术的实施例可以基于估计得到的视距路径与反射路径的信道状态信息，结合系统总传输带宽与不同用户的多径传播延时，采用贪心算法得到光学智能反射表面参数，从而实现特定目标的优化。
[0105]
可选地，在本技术的一个实施例中，预设优化目标包括无线光通信系统的误码率最小化、信道容量最大化和多用户最小速率最大化中的至少一项。
[0106]
在此，对预设优化目标做举例描述，本技术实施例的预设目标，即特定目标，可以为无线光通信系统的误码率最小化、系统容量最大化或多用户最小速率最大化等，以根据每个用户的信道增益、多经传播延时和预设目标，结合预设优化约束与多址接入方式，利用预设优化方法优化光学智能反射表面参数。
[0107]
可选地，在本技术的一个实施例中，预设优化约束包括光信号的非负实数约束、发射总功率约束、用户服务质量约束、多用户和速率约束和单用户速率约束中的至少一项。
[0108]
在此，对预设优化约束做详细描述。作为一种可能实现的方式，本技术实施例在进行光学智能反射表面参数优化时，可以根据信道状态信息获得视距路径信道增益和每个反射单元的反射路径信道增益，并根据多径传播延时与信道增益使用贪心算法优化光学智能反射表面参数，从而实现特定目标的优化，并基于优化约束，如光信号的非负实数约束、发射总功率约束、用户服务质量约束、多用户和速率约束、单用户速率约束等，再通过如贪心算法、遗传算法等优化方法，实现光学智能反射表面参数优化。
[0109]
可选地，在本技术的一个实施例中，多址接入方式包括非正交多址接入方式或正交多址接入方式；其中，非正交多址接入方式包括功率域非正交多址接入方式、码域非正交多址接入方式、稀疏编码多址接入方式中的至少一项；正交多址接入方式包括时域正交接入方式、频域正交接入方式、正交频分多址接入方式中的至少一项。
[0110]
在步骤s104中，结合最优光学智能反射表面参数和多址接入方式，获得相应的最优多用户信号传输策略。
[0111]
举例而言，本技术实施例可以在通过设置光学智能反射表面矩阵参数实现特定目标的优化后，根据多用户的多址接入方式，在发送端发送多用户信号。
[0112]
当采用非正交多址接入方案时，需要将待发送的多用户编码序列根据发射功率分配系数进行加权求和，从而得到发射机的发射信号，进而实现多用户的信号在发射端进行叠加传输。
[0113]
具体地，本技术实施例可以将k个用户的信号xk按照功率分配系数αk进行加权求和，得到发射端的发送信号x：
[0114][0115]
其中，上式中的发射功率分配系数需要满足：
[0116][0117]
当采用正交多址接入方案时，发射端可以根据具体的正交多址接入方式给多用户分配相应的时频资源，实现多用户信息正交传输。
[0118]
可选地，在本技术的一个实施例中，基于光学智能反射面的宽带传输优化方法还包括：基于用户的改变指令，调整最优光学智能反射表面参数；基于调整后的所最优光学智能反射表面参数改变无线光通信的智能表面反射路径信号，以改变总信道增益。
[0119]
具体而言，在发射端完成对发射信号的编码后，本技术实施例可以通过设置光学智能反射表面参数，改变无线光通信的智能表面反射路径信号，从而通过主动改变总信道增益的方式提升系统性能。
[0120]
在实际执行过程中，本技术实施例可以利用光学智能反射表面参数指反射表面单元和接收机之间的对准关系，并基于优化后的光学智能反射表面参数，通过调整反射单元的朝向角度或者控制电压的方式，将反射单元和相应的接收机对准，实现无线光通信的智能表面反射路径信号改变，从而通过主动改变总信道增益的方式提升系统性能。
[0121]
可选地，在本技术的一个实施例中，基于调整后的所最优光学智能反射表面参数改变无线光通信的智能表面反射路径信号，以改变总信道增益，包括：调整光学智能反射表面的反射单元的朝向角度或者控制电压的方式；将反射单元对准相应的发射机的led和接收机，使得反射单元将led发射的光束反射至对应的接收机，以进行光学智能反射表面参数中发射机、光学智能反射表面和接收机之间的对准关系的调整。
[0122]
可以理解的是，光学智能反射表面参数指的是反射表面单元和接收机之间的对准关系，其中，光学智能反射表面各单元的配置参数由其物理实现方式决定，基于微机电系统控制的镜面阵列可通过调整各单元朝向角度来实现，基于光学超材料的智能反射表面可通过调整反射面各单元的控制电压来实现。
[0123]
具体而言，本技术实施例可以通过设置光学智能反射表面参数，以改变无线光通信的智能表面反射路径信号，其中具体步骤如下所述：
[0124]
步骤s1：根据上述优化方法得到光学智能反射表面矩阵s，即获取智能反射表面单元与接收机的对准关系；
[0125]
步骤s2：根据智能表面反射光路中发射机、反射表面单元和接收机的对准关系，调控光学智能反射表面各单元的参数。
[0126]
其中，光学智能反射表面矩阵表示智能反射表面与接收机的对准关系。非负矩阵s的行数为智能反射表面的单元数，列数为接收机的数量。矩阵元素为“1”时表示智能反射表面单元和对应接收机之间存在关联，即由发射机、智能反射表面单元和接收机构成的智能表面反射路径符合广义斯涅尔定律，发射的光束可以通过智能表面反射给指定的接收机；反之则表示不存在关联，即表示智能反射表面单元和对应收发机没有对准。
[0127]
进一步地，本技术实施例可以通过基于优化后的光学智能反射表面参数，利用码本查找法或者几何计算法将反射单元和相应的接收机对准。
[0128]
根据所定义的智能反射表面矩阵进行反射表面参数配置依赖于反射光路的对准，包括智能反射表面单元和发射机的对准，以及与接收机的对准。在本技术实施例中，可以通过以下对准方法进行反射光路对准：
[0129]
(1)码本查找法：对于选定的接收机和光学智能反射表面单元，智能表面反射路径信号在用户平面上的投影位置可以通过调节光学智能反射表面的配置参数来改变，每次实现中投影位置和配置参数联合作为码本中的一个码字。在典型的室内无线光通信场景中，由于接收机机和光学智能反射表面的位置在短时间保持固定不变，因而码本在每次接收机位置改变前生成一次，具有较低的复杂度。
[0130]
需要说明的是，在码本查找法中，接收机位置不变时码本仅需生成一次即可，因此其具有更低的复杂度，能够满足系统的动态需求。
[0131]
(2)几何计算法：在接收机和光学智能反射表面位置固定且已知的情况下，本技术实施例可以根据广义斯涅尔定律可以计算出智能反射表面单元所需的朝向。
[0132]
其中，反射光路对准的方法可以由本领域技术人员根据实际情况进行选择，在此不作具体限制。
[0133]
结合图2至图4所示，以多个实施例对本技术实施例的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法的工作原理进行详细阐述。
[0134]
在多输入单输出无线光通信系统中，如图2所示，光学智能反射表面基于微机电系统控制的镜面阵列实现，本技术实施例的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法可以采用时分多址方式实现。
[0135]
在多输入单输出无线光通信系统中，如图2所示，发射机数量为1，接收机数量为k，智能反射表面单元数量为n，系统总带宽为w，优化目标函数为系统容量。当多址接入方式采用频分多址时，该方法可以包括以下步骤：
[0136]
s1：利用预设优化约束和预设优化目标，基于信道增益与平均多径传播延时差异获取房间内各用户的最优光学智能反射表面参数。
[0137]
当多址接入方式采用频分多址方式时，系统总带宽被分为k个子信道，每个子信道的频域资源用于传输某一用户的符号信息。在本技术实施例中，假设子信道被均匀划分，即每个子信道的带宽相等，都是假设第k个用户所占用的子信道频域范围从wk到(wk+b)，则可以得到只有视距路径信道增益时第k个用户的可达速率下界表达式：
[0138][0139]
当服务第k个用户的光学智能反射表面单元为某一个单元组ni时，其可达速率下界值为：
[0140][0141]
基于上述结果，本技术实施例可以使用基于排序的遗传算法和贪心算法等对用户和子信道的分配关系和光学智能反射表面参数进行优化。
[0142]
如图4所示，为本技术实施例的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法的遗传
算法的示意图。遗传算法种群中的每一个个体都是对k个用户序号的一种全排列，每个用户使用一个子信道；在进行交叉操作时，分别随机选出两个染色体中的一段作为子代染色体，然后从另一条染色体中按顺序填补剩余的用户，从而生成新的个体；在进行变异操作时，随机选取染色体上的两个点位进行交换；在进行选择操作时，首先贪心分配所有的智能反射单元组ni。记代表分配某一个单元组前第k个用户的可达速率，rk代表将某一个单元组分配给第k个用户后其可达速率，则智能反射单元组ni所要服务的用户应该满足：
[0143][0144]
并且将智能反射单元组分配给用户k
*
后还需要满足否则就不分配此单元组。按照上述贪心策略分配完所有的智能反射单元组ni后，计算每个个体所代表的系统总信道容量，选出具有较大系统总信道容量的个体保留进入下一代。经过多轮迭代，就可以得到一个最优的用户与子信道分配关系以及光学智能反射表面单元与用户的连接关系，由此完成对光学智能反射表面参数的优化。
[0145]
s2：结合最优光学智能反射表面参数和多址接入方式，将多个用户的信号在发射端采用频分多址接入方法进行传输。
[0146]
本技术实施例可以在使用遗传算法优化子信道与用户的分配关系与光学智能反射表面参数后，首先基于用户的改变指令，调整光学智能反射表面参数；基于光学智能反射表面参数，改变无线光通信的智能表面反射路径信号，以改变总信道增益。然后基于子信道与用户的分配关系，发射机根据每个用户的频域资源正交地传输多用户符号信息。
[0147]
在多输入单输出无线光通信系统中，如图2所示，发射机数量为1，接收机数量为k，智能反射表面单元数量为n，系统总带宽为w，优化目标函数为系统容量。当多址接入方式采用功率域非正交多址接入时，该方法可以包括以下步骤：
[0148]
s1：利用预设优化约束和预设优化目标，基于信道增益与平均多径传播延时获取房间内各用户的最优光学智能反射表面参数。
[0149]
当多址接入方式为功率域非正交多址接入时，多用户共用系统总带宽w，并通过叠加编码和串行干扰消除的方式来进行编码和解调。在本技术实施例中，用户的发射功率分配系数可以由视距路径信道增益决定，即视距路径信道增益越大的用户分配更少的发射功率。如图3所示，本技术实施例可以在接收端使用串行干扰消除技术按照信号功率强弱进行解调，即发射功率分配系数越大的用户越先解调。在本技术实施例中，可以假设用户按照视距路径信道增益进行排序，满足：h1≥h2≥
…
≥hk，则发射功率应该满足：α1≤α2≤
…
≤αk且α1+α2+
…
+αk＝1。
[0150]
需要说明的是，发射功率分配系数可以采用凸优化、grpa和固定系数等方法得到，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，于此不做具体限制。
[0151]
特别地，在本技术实施例中假设串行干扰消除过程是理想的，即先解调的用户信息都可以被完全去除。基于上述结果，可以得到只有视距路径信道增益时的多用户可达速率表达式：
[0152]
[0153][0154]
当某一个光学智能反射表面单元组ni服务于某用户时，其可达速率下界值为：
[0155][0156][0157]
基于上述结果，本技术实施例可以使用贪心算法对光学智能反射表面参数进行优化。
[0158]
记代表分配某一个单元组前第k个用户的可达速率，rk代表将某一个单元组分配给第k个用户后其可达速率，则智能反射单元组ni所要服务的用户应该满足：
[0159][0160]
同时，将智能反射单元组分配给用户k
*
后还需要满足否则就不分配此单元组给任何用户。按照上述贪心策略分配完所有的智能反射单元组ni后，即可得到所有光学智能反射表面单元与用户的连接关系矩阵s，由此完成对光学智能反射表面参数的优化。
[0161]
特别地，若在光学智能反射表面参数优化完成后，各用户总信道质量排序与视距路径信道质量排序不同，则需要根据总信道质量排序给各用户进行重新编号，然后重复前述优化过程完成对光学智能反射表面和发射功率分配系数的优化。
[0162]
基于上述准则，本技术实施例可以通过贪心算法对光学智能反射表面参数进行优化。
[0163]
s2：结合最优光学智能反射表面参数和多址接入方式，将多个用户的信号在发射端采用功率域非正交多址方法进行传输。
[0164]
在实际执行过程中，本技术实施例可以在使用贪心算法优化光学智能反射表面参数后，首先基于用户的改变指令，调整光学智能反射表面参数；基于光学智能反射表面参数，改变无线光通信的智能表面反射路径信号，以改变总信道增益。
[0165]
然后将多用户的信号xk分别按照发射功率分配系数αk进行加权求和，得到发射端的发送信号x：
[0166][0167]
再将发送信号进行映射和调制，经信道发送到接收端。
[0168]
根据本技术实施例提出的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法，可以基于多用户的平均多径传播延时、视距路径信道增益与反射路径信道增益获取最优光学智能反射表面参数，并结合多址接入方式获取相应的最优多用户信号传输策略，提高了光学智能反射表面的增益效果，减少了光学智能反射表面调度的能量损耗，增加了无线光宽带通信系统的信道容量。由此，解决了相关技术中，加入oirs会导致码间串扰，使得信道频率不平坦，造成系统性能恶化，对用户具有负增益等问题，提高光学智能反射表面的增益效果，减少光
学智能反射表面调度的能量损耗，增加无线光宽带通信系统的信道容量。
[0169]
其次参照附图描述根据本技术实施例提出的基于光学智能反射面的宽带传输优化装置。
[0170]
图5是本技术实施例的基于光学智能反射面的宽带传输优化装置的方框示意图。
[0171]
如图5所示，该基于光学智能反射面的宽带传输优化装置10包括：第一计算模块100、第二计算模块200、获取模块300和优化模块400。
[0172]
其中，第一计算模块100，用于利用收发机和光学智能反射面的位置信息计算房间内各用户的平均多径传播延时。
[0173]
第二计算模块200，用于基于收发机和光学智能反射面的位置信息计算房间内各用户的视距路径信道增益与反射路径信道增益。
[0174]
获取模块300，用于利用预设优化约束和预设优化目标，结合多址接入方式，基于平均多径传播延时、视距路径信道增益与反射路径信道增益获取房间内各用户的最优光学智能反射表面参数。
[0175]
优化模块400，用于结合最优光学智能反射表面参数和多址接入方式，获得相应的最优多用户信号传输策略。
[0176]
可选地，在本技术的一个实施例中，第一计算模块100包括：第一计算单元、第二计算单元和第三计算单元。
[0177]
其中，第一计算单元，用于基于视距路径的信道状态信息，结合发射机和接收机的位置信息，计算从发射机到每个用户的视距路径传播延时。
[0178]
第二计算单元，用于基于反射路径的信道状态信息，结合发射机、光学智能反射表面各单元和接收机的位置信息，计算从发射机经过光学智能反射表面各单元反射后到达接收机的发射路径传播延时。
[0179]
第三计算单元，用于基于系统传输带宽与光学智能反射表面各单元的反射路径传播延时，对光学智能发射表面单元进行分组，并计算每组反射单元的平均反射路径传播延时。
[0180]
可选地，在本技术的一个实施例中，第三计算单元包括：分组组件和计算组件。
[0181]
其中，分组组件，用于将反射路径传播延时达到预设接近条件的反射表面单元分为同组，使得每组反射单元的最大传播延时差异小于等于接收机采样间隔。
[0182]
计算组件，用于计算每组反射单元的平均传播延时，以作为每组反射单元的反射路径传播延时，其中，当光学智能反射表面单元的数量小于预设阈值且单元之间的反射路径传播延时满足预设条件时，所有反射单元分为同一组。
[0183]
可选地，在本技术的一个实施例中，第二计算模块200包括：第四计算单元和第五计算单元。
[0184]
其中，第四计算单元，用于结合收发机的位置信息和视距路径信道状态信息，计算房间内各用户的视距路径信道增益。
[0185]
第五计算单元，用于结合收发机和光学智能反射面的位置信息，分别计算每个反射单元所提供的反射路径信道增益，并计算每组反射单元提供的总反射路径信道增益。
[0186]
可选地，在本技术的一个实施例中，获取模块300包括：获取单元。
[0187]
其中，获取单元，用于基于视距路径和智能表面反射路径的信道状态信息，结合发
射机、光学智能反射表面和接收机的位置信息、预设优化约束与优化目标，结合多址接入方式，利用预设优化方法对光学智能反射表面的参数进行优化，得到最优光学智能反射表面参数。
[0188]
可选地，在本技术的一个实施例中，预设优化目标包括无线光通信系统的误码率最小化、信道容量最大化和多用户最小速率最大化中的至少一项。
[0189]
可选地，在本技术的一个实施例中，预设优化约束包括光信号的非负实数约束、发射总功率约束、用户服务质量约束、多用户和速率约束和单用户速率约束中的至少一项。
[0190]
可选地，在本技术的一个实施例中，多址接入方式包括非正交多址接入方式或正交多址接入方式；其中，非正交多址接入方式包括功率域非正交多址接入方式、码域非正交多址接入方式、稀疏编码多址接入方式中的至少一项；正交多址接入方式包括时域正交接入方式、频域正交接入方式、正交频分多址接入方式中的至少一项。
[0191]
可选地，在本技术的一个实施例中，基于光学智能反射面的宽带传输优化装置10还包括：调整模块和改变模块。
[0192]
其中，调整模块，用于基于用户的改变指令，调整最优光学智能反射表面参数。
[0193]
改变模块，用于基于调整后的所最优光学智能反射表面参数改变无线光通信的智能表面反射路径信号，以改变总信道增益。
[0194]
可选地，在本技术的一个实施例中，改变模块包括：调整单元和对准单元。
[0195]
其中，调整单元，用于调整光学智能反射表面的反射单元的朝向角度或者控制电压的方式。
[0196]
对准单元，用于将反射单元对准相应的发射机的led和接收机，使得反射单元将led发射的光束反射至对应的所述接收机，以进行光学智能反射表面参数中发射机、光学智能反射表面和接收机之间的对准关系的调整。
[0197]
需要说明的是，前述对基于光学智能反射面的宽带传输优化方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于光学智能反射面的宽带传输优化装置，此处不再赘述。
[0198]
根据本技术实施例提出的基于光学智能反射面的宽带传输优化装置，可以基于多用户的平均多径传播延时、视距路径信道增益与反射路径信道增益获取最优光学智能反射表面参数，并结合多址接入方式获取相应的最优多用户信号传输策略，提高了光学智能反射表面的增益效果，减少了光学智能反射表面调度的能量损耗，增加了无线光宽带通信系统的信道容量。由此，解决了相关技术中，加入oirs会导致码间串扰，使得信道频率不平坦，造成系统性能恶化，对用户具有负增益等问题，提高光学智能反射表面的增益效果，减少光学智能反射表面调度的能量损耗，增加无线光宽带通信系统的信道容量。
[0199]
图6为本技术实施例提供的电子设备的结构示意图。该电子设备可以包括：
[0200]
存储器601、处理器602及存储在存储器601上并可在处理器602上运行的计算机程序。
[0201]
处理器602执行程序时实现上述实施例中提供的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法。
[0202]
进一步地，电子设备还包括：
[0203]
通信接口603，用于存储器601和处理器602之间的通信。
[0204]
存储器601，用于存放可在处理器602上运行的计算机程序。
[0205]
存储器601可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
[0206]
如果存储器601、处理器602和通信接口603独立实现，则通信接口603、存储器601和处理器602可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(industry standard architecture，简称为isa)总线、外部设备互连(peripheral component，简称为pci)总线或扩展工业标准体系结构(extended industry standard architecture，简称为eisa)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0207]
可选地，在具体实现上，如果存储器601、处理器602及通信接口603，集成在一块芯片上实现，则存储器601、处理器602及通信接口603可以通过内部接口完成相互间的通信。
[0208]
处理器602可能是一个中央处理器(central processing unit，简称为cpu)，或者是特定集成电路(application specific integrated circuit，简称为asic)，或者是被配置成实施本技术实施例的一个或多个集成电路。
[0209]
本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法。
[0210]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或n个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0211]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“n个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0212]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或n个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0213]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或n个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，
可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0214]
应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，n个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0215]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0216]
此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0217]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种基于光学智能反射面的宽带传输优化方法，其特征在于，包括以下步骤：利用收发机和光学智能反射面的位置信息计算房间内各用户的平均多径传播延时；基于所述收发机和光学智能反射面的位置信息计算所述房间内各用户的视距路径信道增益与反射路径信道增益；利用预设优化约束和预设优化目标，结合多址接入方式，基于所述平均多径传播延时、所述视距路径信道增益与所述反射路径信道增益获取所述房间内各用户的最优光学智能反射表面参数；以及结合最优光学智能反射表面参数和所述多址接入方式，获得相应的最优多用户信号传输策略。2.根据权利要求1所述的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法，其特征在于，所述利用收发机和光学智能反射面的位置信息计算房间内各用户的平均多径传播延时，包括：基于视距路径的信道状态信息，结合发射机和接收机的位置信息，计算从所述发射机到每个用户的视距路径传播延时；基于反射路径的信道状态信息，结合所述发射机、光学智能反射表面各单元和接收机的位置信息，计算从所述发射机经过所述光学智能反射表面各单元反射后到达所述接收机的发射路径传播延时；基于系统传输带宽与所述光学智能反射表面各单元的反射路径传播延时，对光学智能发射表面单元进行分组，并计算每组反射单元的平均反射路径传播延时。3.根据权利要求2所述的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法，其特征在于，所述基于系统传输带宽与所述光学智能反射表面各单元的反射路径传播延时，对光学智能发射表面单元进行分组，并计算每组反射单元的平均反射路径传播延时，包括：将所述反射路径传播延时达到预设接近条件的反射表面单元分为同组，使得每组反射单元的最大传播延时差异小于等于接收机采样间隔；计算每组反射单元的平均传播延时，以作为所述每组反射单元的反射路径传播延时，其中，当光学智能反射表面单元的数量小于预设阈值且单元之间的反射路径传播延时满足预设条件时，所有反射单元分为同一组。4.根据权利要求2或3所述的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法，其特征在于，所述基于所述收发机和光学智能反射面的位置信息计算所述房间内各用户的视距路径信道增益与反射路径信道增益，包括：结合所述收发机的位置信息和视距路径信道状态信息，计算所述房间内各用户的视距路径信道增益；结合所述收发机和所述光学智能反射面的位置信息，分别计算每个反射单元所提供的反射路径信道增益，并计算所述每组反射单元提供的总反射路径信道增益。5.根据权利要求1所述的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法，其特征在于，所述利用预设优化约束和预设优化目标，结合多址接入方式，基于所述平均多径传播延时、所述视距路径信道增益与所述反射路径信道增益获取所述房间内各用户的最优光学智能反射表面参数，包括：基于视距路径和智能表面反射路径的信道状态信息，结合发射机、所述光学智能反射表面和接收机的位置信息、所述预设优化约束与优化目标，结合所述多址接入方式，利用预
设优化方法对所述光学智能反射表面的参数进行优化，得到所述最优光学智能反射表面参数。6.根据权利要求1或5所述的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法，其特征在于，所述预设优化目标包括无线光通信系统的误码率最小化、信道容量最大化和多用户最小速率最大化中的至少一项。7.根据权利要求1或5所述的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法，其特征在于，所述预设优化约束包括光信号的非负实数约束、发射总功率约束、用户服务质量约束、多用户和速率约束和单用户速率约束中的至少一项。8.根据权利要求1或5所述的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法，其特征在于，所述多址接入方式包括非正交多址接入方式或正交多址接入方式；其中，所述非正交多址接入方式包括功率域非正交多址接入方式、码域非正交多址接入方式、稀疏编码多址接入方式中的至少一项；所述正交多址接入方式包括时域正交接入方式、频域正交接入方式、正交频分多址接入方式中的至少一项。9.根据权利要求1所述的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法，其特征在于，还包括：基于用户的改变指令，调整所述最优光学智能反射表面参数；基于调整后的所最优光学智能反射表面参数改变无线光通信的智能表面反射路径信号，以改变总信道增益。10.根据权利要求9所述的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法，其特征在于，所述基于调整后的所最优光学智能反射表面参数改变无线光通信的智能表面反射路径信号，以改变总信道增益，包括：调整所述光学智能反射表面的反射单元的朝向角度或者控制电压的方式；将反射单元对准相应的发射机的led和接收机，使得所述反射单元将所述led发射的光束反射至对应的所述接收机，以进行所述光学智能反射表面参数中所述发射机、所述光学智能反射表面和接收机之间的对准关系的调整。11.一种基于光学智能反射面的宽带传输优化装置，其特征在于，包括：第一计算模块，用于利用收发机和光学智能反射面的位置信息计算房间内各用户的平均多径传播延时；第二计算模块，用于基于收发机和光学智能反射面的位置信息计算房间内各用户的视距路径信道增益与反射路径信道增益；获取模块，用于利用预设优化约束和预设优化目标，结合多址接入方式，基于平均多径传播延时、视距路径信道增益与反射路径信道增益获取房间内各用户的最优光学智能反射表面参数；优化模块，用于结合最优光学智能反射表面参数和多址接入方式，获得相应的最优多用户信号传输策略。12.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-10任一项所述的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法。13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器
执行，以用于实现如权利要求1-10任一项所述的基于光学智能反射面的宽带传输优化方法。

技术总结
本申请涉及一种光学智能反射面的宽带传输优化方法及装置，其中，方法包括：计算房间内各用户的平均多径传播延时；计算房间内各用户的视距路径信道增益与反射路径信道增益；获取房间内各用户的最优光学智能反射表面参数；结合最优光学智能反射表面参数和所述多址接入方式，获得相应的最优多用户信号传输策略。由此，解决了相关技术中，加入OIRS会导致码间串扰，使得信道频率不平坦，造成系统性能恶化，对用户具有负增益等问题，提高了光学智能反射表面的增益效果，减少了光学智能反射表面调度的能量损耗，增加了无线光宽带通信系统的信道容量。量。量。


技术研发人员：杨昉 刘泽浩 宋健 孙士渊 潘长勇
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/19