【技术实现步骤摘要】
一种毫米波通信系统的信道估计方法及系统
[0001]本专利技术涉及一种毫米波通信系统的信道估计方法及系统,属于通信
技术介绍
[0002]最近,可重构智能表面(reconfigurable intelligent surface,RIS)已成为未来5G/6G无线通信网络的一项有前景的技术,它的引入可以大幅提高频谱和能源效率。RIS通常被认为是具有大量无源反射元件的二维阵列,可以控制电磁特性并引起入射信号的相移。通过每个反射元素独立作用并以软件定义的方式重新配置,可以基于信道状态信息(channel state information,CSI)以期望的方式反射入射信号,以提高容量和系统吞吐量。此外,与现有的类似技术如放大转发(amplify
‑
and
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forward,AF)中继或多输入多输出(multiple
‑
input multiple
‑
output,MIMO)波束形成不同,RIS既不需要有源射频(radio frequency,RF)设备,也不需要复杂的基带信号处理模块,体现了该方法在未来通信系统中的应用有效性。
[0003]基于上述优点,RIS在MIMO系统中的引入和应用引起了人们的广泛关注。目前,大多数研究集中在收发器波束形成器和反射系数矩阵的联合优化上,但在实际应用和进一步研究之前,准确的CSI是必不可少的。然而,对于RIS辅助的通信系统下信道估计是一个主要挑战。其一是RIS配备了大量的反射元件,它们是无源设备,没 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种毫米波通信系统的信道估计方法,其特征在于,包括:获取RIS辅助的MIMO多用户通信场景;根据RIS辅助的MIMO多用户通信场景确定BS
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RIS信道、RIS
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用户信道、BS
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用户信道表达式,通过DFT矩阵将BS
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RIS信道、RIS
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用户信道、BS
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用户信道表达式转化成稀疏化的角度域信道表达形式;在RIS附近设置已知BS和RIS位置的测试点T1,测试点T1配置为单天线;关闭RIS,控制测试点T1向BS发送导频信号,根据测试点T1向BS发送的导频信号利用上行信道估计方式完成BS
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T1的信道估计;接着开启RIS,测试点T1继续向BS发送导频信号,根据导频信号利用VAMP算法得到BS
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RIS
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T1级联信道的信道估计,根据RIS位置和测试点T1位置,计算出T1
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RIS的直达径信道,利用所述BS
‑
RIS
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T1级联信道的信道估计和T1
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RIS的直达径信道计算BS
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RIS信道估计;保持RIS开启,控制测设点T1向所有用户发送导频信号,根据测设点T1向所有用户发送导频信号利用VAMP算法进行T1
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RIS
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用户级联信道估计,利用T1
‑
RIS
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用户级联信道估计和T1
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RIS的直达径信道计算RIS
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用户信道估计;控制所有用户向BS返回RIS
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用户信道估计并向BS发送正交导频信号,根据正交导频信号在BS处进行多用户分离,通过所述BS
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RIS信道估计和RIS
‑
用户信道估计,计算得到BS
‑
用户信道估计。2.根据权利要求1所述的毫米波通信系统的信道估计方法,其特征在于,所述RIS辅助的MIMO多用户通信场景为:以时分双工模式运行的RIS辅助的多用户通信系统,该多用户通信系统中BS和RIS各配备M根天线和N个反射单元,每个用户为单天线且用户总数为K;利用几何信道模型构建所述多用户通信系统中的BS
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RIS信道,RIS
‑
用户信道,BS
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用户信道,分别表示为天线域信道形式:信道,分别表示为天线域信道形式:信道,分别表示为天线域信道形式:其中,L
g
,L
r,k
和L
d,k
分别为BS
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RIS信道,RIS
‑
用户信道,BS
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用户信道的多径数,χ
g
,χ
p,k
和χ
q,k
分别表示BS
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RIS信道,RIS
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用户信道,BS
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用户信道的复增益,和分别表示BS
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RIS信道的离开角和到达角,和分别表示RIS
‑
用户信道的离开角和BS
‑
用户信道的离开角,和分别表示BS
‑
RIS信道的离开角导向矢量和到达角导向矢量,和分别为RIS
‑
用户信道和BS
‑
用户信道的离开角导向矢量,且BS和RIS都是均匀线阵,上标H表示共轭转置,和具体表示为:
其中,λ是波长,δ
BS
和δ
RIS
分别是BS和RIS的间距,且δ
BS
=δ
RIS
=λ/2,j表示复数单位。3.根据权利要求2所述的毫米波通信系统的信道估计方法,其特征在于,通过DFT矩阵将BS
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RIS信道、RIS
‑
用户信道、BS
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用户信道表达式转化成稀疏化的角度域信道表达形式,具体表达式为具体表达式为具体表达式为其中,和分别为M
×
M维和N
×
N维DFT酉矩阵,表示复数域M
×
M维,表示复数域N
×
N维。4.根据权利要求3所述的毫米波通信系统的信道估计方法,其特征在于,所述关闭RIS,控制测试点T1向BS发送导频信号,根据测试点T1向BS发送的导频信号利用上行信道估计方式完成BS
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T1的信道估计;接着开启RIS,测试点T1继续向BS发送导频信号,根据导频信号利用VAMP算法得到BS
‑
RIS
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T1级联信道的信道估计,根据RIS位置和测试点T1位置,计算出T1
‑
RIS的直达径信道,利用所述BS
‑
RIS
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T1级联信道的信道估计和T1
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RIS的直达径信道计算BS
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RIS信道估计,包括:BS接收到的从RIS发射过来的信号的表达式为其中,为测试点T1向BS发送导频信号功率,为b1时刻的测试点T1向BS发送的导频信号,为高斯白噪声,表示综合测量噪声向量,T1
‑
RIS信道为RIS信道为其中β
RT
为莱斯因子,为直达径分量,为非直达径分量,为直达径复增益,为到达角导向矢量,为T1
‑
RIS信道的到达角,为非直达径的路径损耗,为非直达径的路径损耗,为直达径信道,为非直达径信道,表示b1时刻RIS反射单元的反射相位,且
其中和表示每个RIS反射单元的反射振幅和反射相位,且表示RIS的每个单元均最大化波束成形增益,上标T表示转置,diag(
·
)表示对角化;将b1时刻的测试点T1向BS发送的导频信号设置为并合并τ1个接收的导频信号,(11)式改写为:其中,表示BS端接收τ1个信号的观测矩阵,表示反射系数矩阵,表示反射系数矩阵,表示τ1个时刻的噪声矩阵,这里反射系数矩阵设置为其中为τ1×
τ1DFT矩阵,为τ1×
(N
‑
τ1)...
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