一种基于球面波假设的可重构智能表面信道参数估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于球面波假设的可重构智能表面信道参数估计方法，具体包括以下步骤：S1、基于球面波假设构造可重构智能表面辅助近场通信信号传输模型；S2、获取不同可重构智能表面传输模式下的信道测量数据；S3、基于空间迭代期望最大化算法对信道中多径的时延、到达角、离开角、多普勒频偏、极化矩阵进行估计；基于极大似然原理对多径在可重构智能表面端的角度参数、距离参数和耦合极化矩阵进行估计；S4、估计参数的分布式更新迭代。与现有技术相比，本发明专利技术提供的信道参数估计方法可更准确地估计出可重构智能表面辅助近场通信场景中的所有重要信道参数。的所有重要信道参数。的所有重要信道参数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于球面波假设的可重构智能表面信道参数估计方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种基于球面波假设的可重构智能表面信道参数估计方法
。

技术介绍

[0002]为了实现全覆盖
、
全频谱
、
全应用
、
全数字
、
全感官
、
强安全的愿景，第六代
(6th
‑
Generation,6G)
移动通信系统有望引进可重构智能表面
(Reconfigurable Intelligent Surface
，
RIS)
这一潜在关键技术
。
在
RIS
辅助通信环境中，为了实现更精确的方向调控以及更强的反射波束增益，所应用的
RIS
常常会被设计成承载更多的电磁反射单元
。
此时，
RIS
的尺寸将进一步增大，这意味着它具有更大的瑞利距离，发射端
、
接收端以及环境中的散射体更可能位于
RIS
的近场区域，此时到达
RIS
不同电磁反射单元的信号波的球面传播特性将无法再近似为平面波
。
[0003]现有技术中已经提出了不同算法用于信道参数估计
。
已有研究中提出了一种基于空间迭代广义期望最大化的参数估计算法对信道中多径分量的时延
、
到达角
、
离开角
、<br/>多普勒频偏
、
复振幅以及
RIS
端的入射角和反射角进行估计，但缺点是估计过程中假设信号以平面波的形式在
RIS
和收发端之间传播，忽略了
RIS
近场信道下距离参数和耦合极化矩阵参数的估计，难以准确地反映
RIS
近场信道的信道特性
。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种基于近场球面波假设的
RIS
信道参数估计方法
,
以解决现有技术存在的无法全面估计
RIS
近场信道下所有信道参数的技术问题
。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的具体技术方案如下：
[0006]S1、
基于球面波假设构造可重构智能表面辅助近场通信信号传输模型；
[0007]S2、
获取不同可重构智能表面传输模式下的信道测量数据；
[0008]S3、
基于空间迭代期望最大化算法对信道中多径的时延
、
到达角
、
离开角
、
多普勒频偏
、
极化矩阵进行估计；基于极大似然原理对多径在可重构智能表面端的角度参数
、
距离参数和耦合极化矩阵进行估计；
[0009]S4、
估计参数的分布式更新迭代
。
所述步骤
S1
具体包括：
[0010]步骤
S101、
考虑现有的
RIS
辅助
MIMO
无线通信环境，其中发射端
(Transmitter
，
Tx)
和接收端
(Receiver
，
Rx)
分别配备规模为
M
t
,M
r
的多天线阵列；将
RIS
设置为平面阵列，由
M
RIS
＝
M
x
×
M
y
个具有不规则反射功能的无源电磁反射单元组成；设置该信道环境中共有
L
条多径与
RIS
作用，其传播特性将受到
RIS
的影响并且整个发射端
‑
RIS
‑
接收端的播链路划分为发射端
‑
RIS
和
RIS
‑
接收端子链路；这里，将每条子链路的极化矩阵表示为和在以上无线通信环境中，信号矢量
s
RIS
(t
；
θ
l
)
表示如下：
[0011][0012]其中，代表发射信号，
θ
l
代表第
l
条径的参数集合，由时延
τ
l
、
离开角到达角多普勒频偏
ν
l
和极化矩阵
A
l
组成，极化矩阵
A
l
包含了水平和垂直极化方向的复幅度信息，代表收端的天线响应，代表发端的天线响应，在微波暗室测量得到，
G1,G2分别代表
RIS
对于水平
、
垂直极化方向来波的响应
。
[0013]步骤
S102、
在
RIS
近场球面波假设下，对于发射端
‑
RIS
链路，来自发射端
(
或环境中其他散射体
)
的电磁波将以不同的角度到达
RIS
不同的电磁反射单元，角度的取值将和电磁反射单元在
RIS
上的位置有关
。
将中心处的电磁反射单元设为参考单元，其位置向量表示为对于
RIS
上的第
m
反射单元，其位置向量表示为
r
RIS,m
。
对于经过散射体
(
或从发射端射出
)
并入射到
RIS
的多径
l
，记散射体在
RIS
坐标系下的位置向量为
s
in,l
，和
RIS
中心的距离为
d
in,l
，且满足
d
in,l
小于
RIS
的瑞利距离，多径
l
到
RIS
上参考单元的参考入射角为则散射体的位置
s
in,l
可以表示为：
[0014][0015]进一步地，多径
l
到
RIS
上第
m
个电磁反射单元的入射角可以根据电磁反射单元的位置
r
RIS,m
、
和
d
in,l
求出：
[0016][0017]其中，
||
·
||
代表取模运算
。
类似地，对于
RIS
‑
接收端链路中由
RIS
反射到其他散射体
(
或接收端
)
的多经
l
的反射角将与
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于球面波假设的可重构智能表面信道参数估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
基于球面波假设构造可重构智能表面辅助近场通信信号传输模型；
S2、
获取不同可重构智能表面传输模式下的信道测量数据；
S3、
基于空间迭代期望最大化算法对信道中多径的时延
、
到达角
、
离开角
、
多普勒频偏
、
极化矩阵进行估计；基于极大似然原理对多径在可重构智能表面端的角度参数
、
距离参数和耦合极化矩阵进行估计；
S4、
估计参数的分布式更新迭代
。2.
根据权利要求1所述的基于球面波假设的可重构智能表面信道参数估计方法，其特征在于，所述步骤
S1
具体包括以下步骤：步骤
S101、
考虑现有的
RIS
辅助
MIMO
无线通信环境，其中发射端和接收端分别配备规模为
M
t
,M
r
的多天线阵列；将
RIS
设置为平面阵列，由
M
RIS
＝
M
x
×
M
y
个具有不规则反射功能的无源电磁反射单元组成；设置该信道环境中共有
L
条多径与
RIS
作用，其传播特性将受到
RIS
的影响并且整个发射端
‑
RIS
‑
接收端的播链路划分为发射端
‑
RIS
和
RIS
‑
接收端子链路；这里，将每条子链路的极化矩阵表示为和在以上无线通信环境中，信号矢量
s
RIS
(t
；
θ
l
)
表示如下：其中，代表发射信号，
θ
l
代表第
l
条径的参数集合，由时延
τ
l
、
离开角到达角多普勒频偏
ν
l
和极化矩阵
A
l
组成，极化矩阵
A
l
包含了水平和垂直极化方向的复幅度信息，代表收端的天线响应，代表发端的天线响应，在微波暗室测量得到，
G1代表
RIS
对于水平极化方向来波的响应；
G2代表
RIS
对于垂直极化方向来波的响应；步骤
S102、
在
RIS
近场球面波设置下，对于发射端
‑
RIS
链路，来自发射端或环境中其他散射体的电磁波将以不同的角度到达
RIS
不同的电磁反射单元，角度的取值将和电磁反射单元在
RIS
上的位置有关；将中心处的电磁反射单元设为参考单元，其位置向量表示为对于
RIS
上的第
m
反射单元，其位置向量表示为
r
RIS,m
；对于经过散射体或从发射端射出并入射到
RIS
的多径
l
，记散射体在
RIS
坐标系下的位置向量为
s
in,l
，和
RIS
中心的距离为
d
in,l
，且满足
d
in,l
小于
RIS
的瑞利距离，多径
l
到
RIS
上参考单元的参考入射角为则散射体的位置
s
in,l
表示为：
3.
根据权利要求2所述的基于球面波假设的可重构智能表面信道参数估计方法，其特征在于，多径
l
到
RIS
上第

【专利技术属性】
技术研发人员：王承祥，续英杰，孙颖卓，黄佳玲，辛立建，黄杰，
申请(专利权)人：网络通信与安全紫金山实验室，
类型：发明
国别省市：