基于ZC序列的RIS辅助信道的估计及预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于ZC序列的RIS辅助信道的估计及预测方法。本发明专利技术由用户端多次发送ZC序列，RIS多次改变其反射相位；基站端收到多组经RIS反射的含有不同传输时延、多普勒频偏和角度的多径信号，利用最大似然法进行时变信道的参数估计；使用空间交替广义期望最大化方法将高维参数估计问题转化为多个低维参数估计问题，避免高维搜索；对于单径的参数估计，利用ZC序列的时延

【技术实现步骤摘要】
基于ZC序列的RIS辅助信道的估计及预测方法


[0001]本专利技术属于无线信道估计
，具体涉及智能反射面辅助的大规模MIMO无线通信系统中，基于Zadoff
‑
Chu序列的信道估计和预测方法。

技术介绍

[0002]由于丰富的频谱资源，毫米波通信成为无线系统中一种很有前途的通信技术，但其路径损耗很大。由于大规模多输入多输出(MIMO)技术可以用其阵列增益补偿路径损耗，毫米波大规模MIMO已经成为近年来的研究热点。近年来，可重构智能表面(RIS)技术已被引入无线通信系统。与传统的大规模MIMO技术相比，RIS辅助的大规模MIMO通信系统允许合并非常多(数千甚至更多)的反射器件，从而产生了具有极大阵列增益的超级大规模MIMO。作为一种无源器件，RIS可以在有限的功耗下提供良好的无线传播环境。因此，毫米波和RIS技术的结合可预见的将成为第五代(B5G)无线网络的关键之一。
[0003]信道状态信息是RIS辅助的海量MIMO获得巨大理论增益的前提，然而RIS的高维特性给获取信道状态信息带来了巨大挑战。类似的问题也发生在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ZC序列的RIS辅助信道的估计及预测方法，其特征在于，由用户端多次发送ZC序列，相应地RIS多次改变其反射相位；考虑用户端到终端的直射链路被阻断的情形，基站端收到多组经RIS反射的含有不同传输时延、多普勒频偏和角度的多径信号，利用最大似然法进行时变信道的参数的估计；使用空间交替广义期望最大化的方法将原本的高维参数估计问题转化为多个低维参数估计问题，避免高维搜索；对于单径的参数估计，利用ZC序列的时延
‑
频率偏移的模糊性，设计基于FFT的信道参数联合估计算法，进一步降低运算复杂度，然后结合牛顿迭代进行精确估计；对于多普勒频偏的估计使得时变信道可以准确估计，而且可以预测；具体步骤如下：步骤一，采用ZC序列作为训练序列；步骤二，利用ZC序列的时延
‑
频偏可互换的性质，采用FFT高效获取时延、角度、多普勒频偏的初始解；步骤三，基于时延、角度、多普勒频偏的初始解，进行牛顿迭代，进一步获得四维参数估计问题中时延、角度、多普勒频偏的精确值，从而实现时变信道估计及预测；其中，假设基站端存在一个M
r
根天线的均匀线性阵列，RIS相对于入射角度的阵列响应用表示，具体如下：其中，j表示虚数，λ表示波长，RIS元素个数为P
×
Q＝M，表示复数域，d
x
和dz分别表示均匀矩形阵列相邻天线在x轴和z轴上的间距，表示均匀矩形阵列天线的方向矢量矩阵，以均匀矩形阵列左上角第1根天线为坐标原点，以均匀矩形阵列天线所在平面为xoz平面且以均匀矩形阵列天线所在平面的法向量为y轴建立空间直角坐标系，θ表示在空间直角坐标系中发射信号的发射方向在xoz平面上的投影与x轴之间的夹角，表示在空间直角坐标系中发射信号的发射方向与z轴负半轴之间的夹角；在上行通道中，当单天线UE发送连续时间信号x(t)时，用户端到终端的直射链路被阻断，接收端接收到的多径信号包含U条经RIS反射的反射径，各径存在不同的时延、角度、多普勒频偏，所述多径信号模型如下：其中，是智能反射面和基站之间的信道，是先验已知信道；是对角阵，diag(
·
)表示向量对角化为矩阵操作，对角元素对应RIS的M个相位；用户端到智能反射面的反射信道即为待估信道。β
u
，θ
u
，τ
u
，ξ
u
表示经RIS反射的第u条径的信道增益，到达角，时延和多普勒频偏；是的列向量化；y(t)表示接收信号，x(t)表示训练序列，z(t)表示服从复高斯分布的高斯噪声；表示实数域。2.根据权利要求1所述的基于ZC序列的RIS辅助的信道估计及预测方法，其特征在于步
骤一中所述的ZC序列，具体设计过程如下：(1)对于一个长度为的ZC序列：其中，是正整数，r是和互质的正整数参数；即ZC序列是周期的，可以改变ZC序列的索引范围：假设是偶数，那么对于一个整数时延τ则有：这表明，对于ZC序列，其整数时延τ对应
‑
的频偏；对于长度是奇数的情况，ZC序列的这种时延
‑
频偏互相转换的性质依然成立；不失一般性，令r＝1，则可省略r；(2)考虑收发端存在的成型滤波器的影响，假设收发端存在的成型滤波器为升余弦滤波器，升余弦滤波器脉冲响应表示为：其中，α是滚降系数，T
s
是奈奎斯特采样周期；离散的ZC序列s(n)经过成型滤波器后表示为连续时间信号x(t)：由于成型滤波器的低通特性，ZC序列的高频部分会被压制；连续时间信号x(t)中间的长为L的低频部分近似为一个啁啾信号，即：其中，L为正整数且滚降系数α也会影响L的选取；于是，ZC序列的低频部分通过升余弦滤波器后的信号看作是一个啁啾信号，并且同样存在时延和频偏的互换关系，即：其中，时延τ不再局限于整数倍的奈奎斯特采样周期；(3)基于ZC序列低频部分的近似，考虑为偶数的ZC序列，记作s(n)：在ZC序列s(n)前添加一个长度为T的循环前缀(CP)，则线性时延转化为循环时延：在OFDM系统中，发送CP和全频段的ZC序列，从CP的无码间串扰区域开始做点采样，仅截取信号的L点低频部分进行信道估计及预测。
3.根据权利要求1所述的基于ZC序列的RIS辅助的信道估计及预测方法，其特征在于，步骤二中所述的获取时延、角度、多普勒频偏的初始解，具体过程如下：(1)基于模型公式(2)，经过接收端模数转换器后，接收信号的采样表示为：其中，其中，是任意大于零的实数，T
s
是奈奎斯特采样周期；令T
s
＝1，得：为了改进信道估计，多次改变RIS的反射相位；假设信道参数在K次观测期间保持不变，则BS接收到的第K次观测的采样信号为：其中，N为OFDM符号长度，k＝1，
…

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋轶，周雪萌，杨智宇，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：