【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通信，特别是指一种低导频开销irs辅助毫米波mimo系统信道估计方法。
技术介绍
1、智能反射面(intelligent reflecting surface,irs)具有重构无线通信环境的能力，因此被认为是无线通信领域的一项关键技术。它可以重构发射端(transmitter,tx)和接收端(receiver,rx)之间的通信链路，以此解决信号阻塞问题，并且可以扩大毫米波通信的覆盖范围。智能反射面是一个由大量可控元件组成的二维平面，每一个元件都可以独立反射信号。在irs辅助的毫米波(millimeter-wave，mmwave)多输入多输出(multipleinput multiple output，mimo)系统中，准确的信道状态信息(channel stateinformation,csi)对波束赋形、资源分配、irs相移矩阵优化等信号处理技术的有效实施至关重要。在irs辅助的无线通信系统中，信道估计问题通常关注收发端之间的级联信道，它由两个子信道构成。然而，由于irs的无源特性，irs端没有处理信号的能力，而且irs端的大量元件导致信道矩阵维度较大，因此如何准确获取级联信道的csi面临巨大挑战。同时，在毫米波mimo系统中，由于收发端通常采用混合预编码结构，导致级联信道无法从接收信号中直接恢复出来，利用传统算法如最小二乘法(least square，ls)进行信道估计会导致巨大的导频开销。
2、在毫米波通信中，由于毫米波信道的稀疏性，信道矩阵可以由有限个信道参数进行参数化表示，因此信道估计问题可以
技术实现思路
1、针对上述
技术介绍
中存在的不足，本专利技术提出了一种低导频开销irs辅助毫米波mimo系统信道估计方法，该方法充分利用了宽带信道的相关性，仅使用部分训练子载波即可完成对整个信道的估计，在降低导频开销的同时实现了更高精度的信道估计结果；此外，该方法利用范德蒙结构，避免了迭代和随机初始化操作，有效降低了计算复杂度。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一种低导频开销irs辅助毫米波mimo系统信道估计方法，其步骤如下：
4、s1：构造无源智能反射面辅助的毫米波mimo-ofdm系统，接收端和发射端均采用混合预编码结构；毫米波mimo-ofdm系统共有k0个子载波，其中k个训练子载波用于信道估计；
5、s2：在每个训练子载波上构造导频帧结构，将信道估计过程分为n个块，每个块分为t个时隙；基于设计的导频帧结构，构造第n个块内第t个时隙上对应于第k个训练子载波的接收信号模型；
6、s3：利用毫米波信道的稀疏性，将发射端到irs端和irs端到接收端的子信道矩阵分别用有限条路径上的信道参数集进行表示，从而将信道估计问题转化为参数估计问题；利用信道参数化模型和所设计的导频帧结构，将接收信号构造为一个服从平行因子分解的三阶张量；
7、s4：通过设计irs相移矩阵将三阶张量分解为五阶张量；该五阶张量服从平行因子分解，且其中一个因子矩阵具有范德蒙结构；
8、s5：基于范德蒙结构，提出一种基于张量平行因子分解的非迭代信道估计方法，并确定了张量唯一性分解条件；基于唯一性分解条件，确定了irs辅助毫米波mimo-ofdm系统完成信道估计所需的最小导频开销。
9、所述毫米波mimo-ofdm系统的发射端部署nt根天线和kt个射频链，接收端部署nr根天线和kr个射频链，发射端和接收端均采用均匀线性阵列；智能反射面采用均匀平面阵列，水平方向和垂直方向的元素数量分别为nh和nv，总元素数为ns＝nvnh。
10、在步骤s2中，具体步骤包括：
11、在第n个块内的第t个时隙上，第k个子载波对应的接收信号yk,n,t表示为：
12、
13、其中，代表导频信号，r表示导频长度，代表均值为零、方差为σ2的加性高斯白噪声，代表混合预编码矩阵，代表组合矩阵，代表irs相移矢量；qh为q的共轭转置，表示从irs到接收端的信道，为第k个子载波对应的发射端到irs的信道；
14、基于设计的导频帧结构，将整个信道估计过程分为n个块，每个块分为t个时隙，令irs相移矢量只随着块的变化而变化，发射信号只随着时隙的变化而变化，即sk,n,t＝sn，mk,n,t＝mt；因此接收信号yk,n,t表示为：
15、yk,n,t＝qhgkdiag(sn)hkmt+qhzk,n,t, (2)
16、将接收信号在一个块内的所有时隙上按如下方式进行堆叠：
17、
18、其中，m＝[m1,…,mt]，zk,n＝[zk,n,1,…,zk,n,t]；将每个块对应的接收信号矢量化后按如下方式进行堆叠：
19、
20、其中⊙代表khatri-rao积，vec(·)指将一个矩阵的所有列按照后一列排在前一列的尾部，代表已知的irs相移矩阵，zk＝[vec(qhzk,1),…,vec(qhzk,n)]代表对应的噪声部分。
21、在步骤s3中，具体步骤包括：
22、根据毫米波信道的稀疏性和宽带信道的相关性，子信道可以建模为：
23、
24、
25、其中，lx代表路径数，αx,l代表路径增益，τx,l代表时延，fs代表采样频率，代表发射端的发射角aod对应的空间频率，表示接收端的到达角aoa对应的空间频率，代表irs端的水平aoa对应的空间频率，代表irs端的水平aod对应的空间频率，代表irs端的垂直aoa对应的空间频率，代表irs端的垂直aod对应的空间频率；一维导向矢量定义为二维导向矢量定义为；公式(5)和(6)可以表示为：
26、
27、
28、其中ax(k,:)表示矩阵ax的第k行，结合公式(4)、(7)和(8)可以得到：
29、
30、其中代表kronecker积；对于维度相同的两个矩本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低导频开销IRS辅助毫米波MIMO系统信道估计方法，其特征在于，其步骤如下：
2.根据权利要求1所述的低导频开销IRS辅助毫米波MIMO系统信道估计方法，其特征在于，所述毫米波MIMO-OFDM系统的发射端部署NT根天线和KT个射频链，接收端部署NR根天线和KR个射频链，发射端和接收端均采用均匀线性阵列；智能反射面采用均匀平面阵列，水平方向和垂直方向的元素数量分别为Nh和Nv，总元素数为NS＝NvNh。
3.根据权利要求2所述的低导频开销IRS辅助毫米波MIMO系统信道估计方法，其特征在于，在步骤S2中，具体步骤包括：
4.根据权利要求3所述的低导频开销IRS辅助毫米波MIMO系统信道估计方法，其特征在于，在步骤S3中，具体步骤包括：
5.根据权利要求4所述的低导频开销IRS辅助毫米波MIMO系统信道估计方法，其特征在于，在步骤S4中，具体步骤包括：
6.根据权利要求5所述的低导频开销IRS辅助毫米波MIMO系统信道估计方法，其特征在于，在步骤S5中，具体步骤包括：
7.根据权利要求6所述的低导频开销
...【技术特征摘要】
1.一种低导频开销irs辅助毫米波mimo系统信道估计方法，其特征在于，其步骤如下：
2.根据权利要求1所述的低导频开销irs辅助毫米波mimo系统信道估计方法，其特征在于，所述毫米波mimo-ofdm系统的发射端部署nt根天线和kt个射频链，接收端部署nr根天线和kr个射频链，发射端和接收端均采用均匀线性阵列；智能反射面采用均匀平面阵列，水平方向和垂直方向的元素数量分别为nh和nv，总元素数为ns＝nvnh。
3.根据权利要求2所述的低导频开销irs辅助毫米波mimo系统信道估计方法，其特征在于，在步骤s2中...
【专利技术属性】
技术研发人员：李双志，杨睿棋，陈亚琨，郭新，朱政宇，杨婧，韩刚涛，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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