基于智能反射表面辅助无线通信系统渐进式信道估计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于智能反射表面辅助无线通信系统渐进式信道估计方法，步骤如下：S1、用户顺序发送OFDM训练符号，同时智能反射表面调整初始反射状态；S2、基站从接收到的训练符号中提取出用户到基站等价合并信道在导频承载子载波上的频率响应；S3、基站运用三角内插点法得到用户到基站等价合并信道在所有子载波上的频率响应；S4、基站提取用户到基站直达链路的信道频率响应和用户‑智能反射表面‑基站级联链路的汇总信道频率响应；S5、存储信道频率响应；S6、基站利用信道频率响应优化智能反射表面的无源波束赋形向量，并将优化结果反馈给控制器；S7、重复步骤S2‑S6，直至获得所有与子表面相关联的信道频率响应。

【技术实现步骤摘要】
基于智能反射表面辅助无线通信系统渐进式信道估计方法
本专利技术涉及无线通信
，特别涉及一种基于可重构智能反射表面辅助的正交频分复用无线通信系统渐进式信道估计和提取方法。
技术介绍
在过去的十年中，人们广泛研究了各种无线通信技术，例如毫米波通信和大规模多输入多输出系统，以追求高数据速率、高能效，低延迟的通信系统性能。随着第五代(5G)无线通信系统的研究深入，更多的问题亟待解决，目前大部分的无线通信技术都不能单独支持所有5G要求和应用，并且它们中的大多数需要昂贵的硬件，越来越高的复杂性和能量消耗问题严重阻碍了它们的广泛实际应用。可重构智能表面(RIS)(又称智能反射表面)已成为一种创新技术，旨在提高未来无线网络技术的覆盖范围，吞吐量和能量/频谱效率。具体地说，智能反射表面是由大量低成本单位元素组成的平面表面，每个单位元素都能够独立调节反射信号的幅度和相移，从而重新配置无线传播环境。与现有技术如放大和转发继电器相比，智能反射表面以全双工模式工作，不会产生自干扰和热噪声，而且几乎是无源组件，因此可以大大降低硬件成本和能耗。为了表征智能反射表面辅助无线通信系统的理论性能上限，在以往的工作中通常假定在基站(AP)处可获得完美的信道状态信息(CSI)。但是，由于完全无源的智能反射表面缺乏信号处理和发送/接收功能，并且涉及大量的单位元素，因此智能反射表面辅助系统中的信道估计是最具挑战性的问题之一。在现有的智能反射表面信道估计工作中，通常先一次估计相关的信道状态信息，然后将其用于设计智能反射表面处的无源波束赋形，以最大程度地提高数据传输的可达率。然而以一次性方式估计所有所需的信道状态信息将导致数据传输的长时间延迟。为了减少数据传输的时延，目前亟待提出一种新的渐进式执行信道估计的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有智能反射表面辅助系统中信道估计的缺点和不足，基于智能反射表面元素分组，提出了一种基于智能反射表面辅助无线通信系统渐进式信道估计方法，通过设计二进制反射训练模式来逐步估计连续子帧上与每个子表面相关的信道状态信息。本专利技术的目的通过采取如下技术方案达到：一种基于智能反射表面辅助无线通信系统渐进式信道估计方法，应用于具有智能反射表面辅助的OFDM无线通信系统，该无线通信系统包括至少一个具有K个天线的基站、至少一个智能反射表面、一个智能反射表面控制器和一个用户，智能反射表面具有M0个元素单元，该M0个元素单元被分为η组，每个组包含M个子表面，其中每组单元反射信道具有强相关性，所述统渐进式信道估计方法包括初始化过程和更新过程，其中，初始化过程如下：S1、用户顺序发送第0个和第1个OFDM训练符号，同时智能反射表面的反射状态调整为φ(0)和φ(1)，分别对应于第0个和第1个OFDM训练符号的传输；S2、基站对接收到的OFDM训练符号进行离散傅里叶变换，抽取导频承载子载波上的接收数据，并左乘导频序列对角矩阵的逆，得到用户到基站等价合并信道在导频承载子载波上的频率响应和S3、基站运用三角内插点法，得到用户到基站等价合并信道在子载波上的频率响应r(0)和r(1)，过程如下：S301、对频率响应和进行反傅里叶变换，得到和S302、设用户到基站等价合并信道抽头的个数为L，选取和中第1到L个抽头，其后填充零到指定长度，得到和S303、对和进行傅里叶变换，得到接收OFDM训练符号对应的用户到基站等价合并信道在子载波上的频率响应r(0)和r(1)；S4、基站提取用户到基站直达链路的信道频率响应d和用户-智能反射表面-基站级联链路的剩余汇总信道频率响应S5、存储获得的信道频率响应为集合S6、基站利用已获得的信道频率响应优化智能反射表面的无源波束赋形向量θ(1)，并将优化结果反馈给智能反射表面的控制器，智能反射表面控制器根据优化结果调整智能反射表面的反射状态；更新过程如下：S7、用户发送第i个OFDM训练符号，同时智能反射表面的反射状态调整为φ(i)；S8、重复步骤S2得到第i个OFDM训练符号传输对应的用户到基站等价合并信道在导频承载子载波上的频率响应S9、重复步骤S3得到第i个OFDM训练符号传输对应的用户到基站等价合并信道在子载波上的频率响应r(i)；S10、从频率响应r(i)中解析出与第i-1个子表面相关联的用户-智能反射表面-基站级联链路信道频率响应gi-1和与第i个子表面相关联的用户-智能反射表面-基站级联链路的剩余汇总信道频率响应S11、更新已获得的信道频率响应为S12、基站利用已获得的信道频率响应优化无源波束赋形向量θ(i)并将其反馈给智能反射表面的控制器。进一步地，所述智能反射表面的初始反射状态为φ(0)＝z(0)＝14×1以及φ(1)＝z(1)＝-14×1。其中，z(0)和z(1)分别表示第0个和第1个OFDM训练符号的持续时间内智能反射表面的第0个和第1个训练反射状态。进一步地，计算用户到基站等价合并信道在导频承载子载波上的频率响应的公式为：其中Sp＝diag(sp)是OFDM训练符号导频序列sp的对角矩阵，表示基站的接收天线在导频子载波上的接收信号，和分别表示与接收天线相关联的导频子载波上的信道频率响应和加性高斯白噪声矢量。进一步地，所述步骤S3中，假设用户到基站、用户到智能反射表面和智能反射表面到基站链路的基带等效信道在冲激响应中分别具有Ld、L1和L2个抽头，用户-智能反射表面-基站级联链路的基带等效信道是用户到智能反射表面链路信道与由智能反射表面反射系数加权的智能反射表面到基站链路信道的卷积，即用户-智能反射表面-基站级联链路的基带等效信道的冲激响应中有Lr＝L1+L2-1个抽头，因此，从用户到基站等价合并信道在冲激响应中具有L＝max{Lr,Ld}抽头。进一步地，所述步骤S4中，计算用户到基站直达链路的信道频率响应d和用户-智能反射表面-基站级联链路的剩余汇总信道频率响应公式如下：d＝(r(0)+r(1))/2；其中，gm表示在没有相移影响下与接收天线和第m个子表面相关联的用户-智能反射表面-基站级联链路的信道频率响应。进一步地，所述步骤S7中，智能反射表面的反射状态由优化的无源波束赋形矢量得到，即在第i个导频子载波插入的OFDM训练符号的持续时间内在智能反射表面处的反射状态φ(i)由φ(i)＝diag(z(i))θ(i-1)给出，其中，θ(i-1)表示基于估计的信道状态信息的无源波束赋形矢量；表示第i个OFDM训练符号的持续时间内智能反射表面的第i个训练反射状态，在第i个OFDM训练符号的持续时间内第m个子表面的训练反射状态为进一步地，所述步骤S10中，计算与第i-1个子表面相关联的用户-智能反射表面-基站级联链路的信道频率响应gi-1和与第i个子表面相关联的用户-智能反射表面-基站级联链路剩余汇总信道频率响应的公式如下：其中，令表示与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于智能反射表面辅助无线通信系统渐进式信道估计方法，应用于具有智能反射表面辅助的OFDM无线通信系统，该无线通信系统包括至少一个具有K个天线的基站、至少一个智能反射表面、一个智能反射表面控制器和一个用户，智能反射表面具有M

【技术特征摘要】
1.一种基于智能反射表面辅助无线通信系统渐进式信道估计方法，应用于具有智能反射表面辅助的OFDM无线通信系统，该无线通信系统包括至少一个具有K个天线的基站、至少一个智能反射表面、一个智能反射表面控制器和一个用户，智能反射表面具有M0个元素单元，该M0个元素单元被分为η组，每个组包含M个子表面，其中每组单元反射信道具有强相关性，其特征在于，所述统渐进式信道估计方法包括初始化过程和更新过程，其中，
初始化过程如下：
S1、用户顺序发送第0个和第1个OFDM训练符号，同时智能反射表面的反射状态调整为φ(0)和φ(1)，分别对应于第0个和第1个OFDM训练符号的传输；
S2、基站对接收到的OFDM训练符号进行离散傅里叶变换，抽取导频承载子载波上的接收数据，并左乘导频序列对角矩阵的逆，得到用户到基站等价合并信道在导频承载子载波上的频率响应和
S3、基站运用三角内插点法，得到用户到基站等价合并信道在子载波上的频率响应r(0)和r(1)，过程如下：
S301、对频率响应和进行反傅里叶变换，得到和
S302、设用户到基站等价合并信道抽头的个数为L，选取和中第1到L个抽头，其后填充零到指定长度，得到和
S303、对和进行傅里叶变换，得到接收OFDM训练符号对应的用户到基站等价合并信道在子载波上的频率响应r(0)和r(1)；
S4、基站提取用户到基站直达链路的信道频率响应d和用户-智能反射表面-基站级联链路的剩余汇总信道频率响应
S5、存储获得的信道频率响应为集合
S6、基站利用已获得的信道频率响应优化智能反射表面的无源波束赋形向量θ(1)，并将优化结果反馈给智能反射表面的控制器，智能反射表面控制器根据优化结果调整智能反射表面的反射状态；
更新过程如下：
S7、用户发送第i个OFDM训练符号，同时智能反射表面的反射状态调整为φ(i)；
S8、重复步骤S2得到第i个OFDM训练符号传输对应的用户到基站等价合并信道在导频承载子载波上的频率响应
S9、重复步骤S3得到第i个OFDM训练符号传输对应的用户到基站等价合并信道在子载波上的频率响应r(i)；
S10、从频率响应r(i)中解析出与第i-1个子表面相关联的用户-智能反射表面-基站级联链路信道频率响应gi-1和与第i个子表面相关联的用户-智能反射表面-基站级联链路的剩余汇总信道频率响应
S11、更新已获得的信道频率响应为
S12、基站利用已获得的信道频率响应优化无源波束赋形向量θ(i)并将其反馈给智能反射表面的控制器。


2.根据权利要求1中所述的基于智能反射表面辅助无线通信系统渐进式信道估计方法，其特征在于，所述智能反射表面的初始反射状态为φ(0)＝z(0)＝14×1以及φ(1)＝z(1)＝-14×1。其中，z(0)和z(1)分别表示第0个和第1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑倍雄，林少娥，陈芳炯，余婧，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44