用于双IRS辅助通信系统的信道估计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于双IRS辅助通信系统的信道估计方法及系统，具体步骤可分为单IRS辅助信道估计和双IRS辅助信道估计两个步骤。在单IRS辅助信道估计步骤中，提出了一种基于k

【技术实现步骤摘要】
用于双IRS辅助通信系统的信道估计方法及系统


[0001]本专利技术属于图像识别处理
，本专利技术涉及一种用于双IRS辅助通信系统的信道估计方法及系统。

技术介绍

[0002]智能反射面IRS（Intelligent Reflecting Surface）由大量准无源和低成本反射单元构成，是在6G无线通信系统中备受关注的备选技术。不同于传统的无线传输技术，IRS可以通过适当调整反射单元的相移，重构无线传播环境。此外，由于具有重量轻且无射频链路的特点，IRS可以密集部署在无线通信系统中，以较低能耗和硬件成本提高无线通信系统性能。相较于传统的单IRS辅助通信系统，双IRS辅助通信系统能实现更高的被动波束增益，更好地实现信道补盲。但是准无源IRS并不具备信号处理能力，基站天线和IRS反射单元的级联给信道估计带来巨大的压力。相较于单IRS辅助通信系统而言，双IRS辅助通信系统的信道估计技术面临更大的挑战。
[0003]申请号2021115230665公开了一种基于压缩感知的RIS辅助毫米波系统的信道估计方法，基于毫米波的稀疏性将级联信道矩阵从空间域转换到虚拟角域，得到信道估计的稀疏表示；采用基于行
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结构稀疏的改进压缩感知算法进行矩阵恢复，完成信道估计。但是该方法只能适用于单IRS辅助通信系统，并不适用于双IRS辅助通信系统的信道估计。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于双IRS辅助通信系统的信道估计方法及系统，基于k
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means聚类算法的自适应迭代终止阈值选取算法，进一步提出了一种基于k
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means的自适应双结构正交匹配追踪（KADS
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OMP）算法，用于估计和信道；在双IRS辅助信道估计步骤中，提出了一种基于压缩感知的三重压缩信道估计（TC
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CE）算法，用于估计信道，有效降低信道估计的导频开销。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种用于双IRS辅助通信系统的信道估计方法，双IRS辅助通信系统包括至少一个基站、IRS1反射单元和IRS2反射单元，用户通过IRS反射单元与基站通信，包括以下步骤：S01：若IRS1和IRS2中有一个关闭，进行单IRS辅助信道估计；S02：若IRS1和IRS2同时打开，估计信道；所述信道由如下公式计算得到：
[0006]其中，为基站的字典酉矩阵，为信道的行支撑集，与信道的基站到达角支撑集相同，为第个基站到达角对应的信道，为
用户编号，为的元素个数，和分别为IRS1和IRS2反射单元的反射系数，，为导频开销，为用户到IRS1的信道，为用户到IRS2的信道，为IRS1到基站的信道，为IRS2到基站的信道，为IRS1到IRS2的信道；其中，由如下公式得到：其中，和为IRS1和IRS2的字典酉矩阵，为角域稀疏信道。
[0007]优选的技术方案中，所述S02中估计信道包括：S11：同时打开IRS1和IRS2，保持IRS2反射单元的反射系数不变，在每个时隙改变IRS1反射单元的反射系数，估计IRS1的角度信息，得到每个用户的压缩矩阵；S12：保持IRS1反射单元的反射系数不变，在每个时隙改变IRS2反射单元的反射系数，估计IRS2的角度信息，得到每个用户的压缩矩阵；S13：同时改变IRS1和IRS2反射单元的反射系数，估计所有用户每个基站到达角对应的信道；S14：得到信道的估计值。
[0008]优选的技术方案中，所述S11中得到每个用户的压缩矩阵的方法包括：S111：对所有用户的接收信号预处理得到；；
[0009]其中，和为噪声，右上角的是共轭转置；S112：对所有用户的预处理信号经OMP算法得到所有用户IRS1的角度支撑集；S113：由如下公式得到的压缩矩阵：
[0010]其中，为用户数。
[0011]优选的技术方案中，所述S13包括：S131：利用压缩矩阵、对公式(11)简化，由如下公式得到：
S132：经OMP算法得到的估计值，进一步由公式(7)和公式(8)得到和的估计值和，是向量化。
[0012]优选的技术方案中，所述S01中若关闭IRS2，打开IRS1，通过KASD
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OMP算法估计信道，若打开IRS2，关闭IRS1通过KASD
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OMP算法估计信道，信道估计包括：S21：对所有用户的接收信号预处理得到；S22：经KASD
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OMP算法得到的估计值；S23：根据得到的，由公式(1)得到信道的估计值；
[0013]其中，为基站的字典酉矩阵，为角域稀疏信道，为用户编号，为IRS1的字典酉矩阵；同理得到信道的估计值。
[0014]优选的技术方案中，所述S21中接收信号及预处理信号由如下公式得到：
[0015][0016]其中，为感知矩阵，，，为IRS1反射单元的反射系数，，为导频开销，和为噪声。
[0017]优选的技术方案中，所述S22中KASD
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OMP算法包括如下步骤：S221：由行支撑估计算法得到所有用户的行支撑集和行稀疏度；S222：由列支撑估计算法得到所有用户的列支撑集；S223：根据LS算法得到所有用户的估计值。
[0018]优选的技术方案中，所述S221中行支撑估计算法包括如下步骤：S2211：对所有的每一行做如下处理：其中，初始化为零向量；S2212：通过k
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means算法对进行二分类，得到聚类中心和，通过如下式
Orthogonal Matching Pursuit，KADS
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OMP）算法，用于估计和信道；在双IRS辅助信道估计步骤中，考虑信道的结构特性，本专利技术提出了一种基于压缩感知的三重压缩信道估计（Triple Compression Channel Estimation，TC
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CE）算法，用于估计信道。与传统方案相比，本方案提出的KADS
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OMP和TC
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CE算法利用了毫米波信道的稀疏性和结构特性，有效降低信道估计的导频开销。
[0024]实施例1：如图1所示，一种用于双IRS辅助通信系统的信道估计方法，双IRS辅助通信系统包括至少一个基站、IRS1反射单元和IRS2反射单元，用户通过IRS反射单元与基站通信，包括以下步骤：S01：若IRS1和IRS2中有一个关闭，进行单IRS辅助信道估计；S02：若IRS1和IRS2同时打开，估计信道；所述信道由如下公式计算得到：其中，为基站的字典酉矩阵，为信道的行支撑集，与信道的基站到达角支撑集相同，为第个基站到达角对应的信道，为用户编号，为的元素个数，和分别为IRS1和IRS2反射单元的反射系数，，为导频开销，为用户到IRS1的信道，为用户到IRS2的信道，为IRS1到基站的信道，为IRS2到基站的信道，为IRS1到IRS2的信道；其中，由如下公式得到：
[0025]其中，和为IRS1和IRS2的字典酉矩阵，为角域稀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于双IRS辅助通信系统的信道估计方法，双IRS辅助通信系统包括至少一个基站、IRS1反射单元和IRS2反射单元，用户通过IRS反射单元与基站通信，其特征在于，包括以下步骤：S01：若IRS1和IRS2中有一个关闭，进行单IRS辅助信道估计；S02：若IRS1和IRS2同时打开，估计信道；所述信道由如下公式计算得到：，其中，为基站的字典酉矩阵，为信道的行支撑集，与信道的基站到达角支撑集相同，为第个基站到达角对应的信道，为用户编号，为的元素个数，和分别为IRS1和IRS2反射单元的反射系数，，为导频开销，为用户到IRS1的信道，为用户到IRS2的信道，为IRS1到基站的信道，为IRS2到基站的信道，为IRS1到IRS2的信道；其中，由如下公式得到：，其中，和为IRS1和IRS2的字典酉矩阵，为角域稀疏信道。2.根据权利要求1所述的用于双IRS辅助通信系统的信道估计方法，其特征在于，所述S02中估计信道包括：S11：同时打开IRS1和IRS2，保持IRS2反射单元的反射系数不变，在每个时隙改变IRS1反射单元的反射系数，估计IRS1的角度信息，得到每个用户的压缩矩阵；S12：保持IRS1反射单元的反射系数不变，在每个时隙改变IRS2反射单元的反射系数，估计IRS2的角度信息，得到每个用户的压缩矩阵；S13：同时改变IRS1和IRS2反射单元的反射系数，估计所有用户每个基站到达角对应的信道；S14：得到信道的估计值。3.根据权利要求2所述的用于双IRS辅助通信系统的信道估计方法，其特征在于，所述S11中得到每个用户的压缩矩阵的方法包括：S111：对所有用户的接收信号预处理得到；，，其中，和为噪声，右上角的是共轭转置；S112：对所有用户的预处理信号经OMP算法得到所有用户IRS1的角度支撑集；S113：由如下公式得到的压缩矩阵：
，其中，为用户数。4.根据权利要求2所述的用于双IRS辅助通信系统的信道估计方法，其特征在于，所述S13包括：S131：利用压缩矩阵、对公式(11)简化，由如下公式得到：，S132：经OMP算法得到的估计值，进一步由公式(7)和公式(8)得到和的估计值和，是向量化。5.根据权利要求1所述的用于双IRS辅助通信系统的信道估计方法，其特征在于，所述S01中若关闭IRS2，打开IRS1，通过K...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁彦，涂威洋，李飞，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：