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专利号: 2021112798385
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.智能超表面辅助的混合构型毫米波通信系统信道估计方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1、场景假设和信道模型;

步骤2、利用基站端到智能反射面的信道奇异值分解结果,设计基站端的波束形成及划分智能反射面单元组;

步骤3、用户端到智能反射面上每个单元组的信道数据观测及累积;

步骤4、根据观测数据,执行用户端与智能反射面之间到达角度的虚拟波束搜索及精细估计;测出用户端到智能反射面的视距达到角度;

步骤1具体如下:

场景假设和信道模型描述如下:一个配置有M根天线的基站在一个具有N个无源反射元件的智能反射面辅助下,对K个单天线用户进行通信;智能反射面下的通信信道模型包括三部分:反射链路基站端到智能反射面的信道矩阵表示为 用户端到智能反射面的反射信道矩阵表示为 直达信道用户端到基站端的信道矩阵表示为 其中,假设传输模型中用户端到基站端的直达信道被障碍物阻隔;且基站端和智能反射面天线阵列均采用均匀线性阵列;用户端与智能反射面之间的反射信道模型采用的是莱斯信道;其中表示为智能反射面上的反射元素系数矩阵,βn∈[0,1]和φn∈[0,2π]分别表示RIS第n个无源反射元件的幅度和相位调节系数;

步骤2具体如下:

2‑1.为了降低信道估计的开销成本,利用对信道G进行奇异值分解(SVD),观察相应信道奇异值的个数;筛选出奇异值大于设定阈值的所有奇异值,并统计筛选出来的奇异值个数;根据奇异值的个数P来划分智能反射面上的无源单元组,在智能反射面上以P个无源器件为一个无源单元组进行划分;以便同时开启多个无源器件以进行信道估计操作;

2‑2.当同时激活P个智能反射面上的无源器件时,智能反射面上的无源单元组到基站端的信道,用户端到无源单元组的信道可依次表示为, q∈{1,…,Q}, 表示为智能反射面上无源单元组的相位幅度系数矩阵;

通过对信道Gq进行奇异值分解,得到:

其中,Gq的奇异值矩阵 是降序排列的非负实数的对角矩阵,按照从大到小排列,公式(1)中参数上标“H”表示共轭转置;

及 为酉矩阵,特性为

2‑3.通过依序激活智能反射面上的无源单元组,用户端发射导频信号X经过智能反射面上的无源单元组反射到基站端,传输模型如下:其中, 为所有用户端在T时隙中发送的导频序列,WRF,q是基站端的模拟波束赋2

形矩阵,采用移相器网络来进行合成; 是服从均值为0,方差为σ的加性高斯白噪声;

为最大化传输系统的性能,将模拟预编码设置为分解得到的酉矩阵Uq前P列的共轭转置,即 基站端接收信号表示如下:Yq=WRF,qGqΘqHr,qX+WRF,qZBS=ΛqΘqHr,qX+WRF,qZBS     (3)其中,定义

步骤3具体如下:

由步骤2的传输模型能够得到线性方程,利用最小二乘法对用户端到智能反射面的信道进行估计:可以估计出 即:

其中, 表示是左伪逆矩阵;在信道估计时,设置所有智能反射面无源器件幅度为

1,因此可得Θq为单位矩阵;通过依次相应的激活智能反射单元,信道数据累计和观测,可得出估计信道,即步骤4具体如下:

根据毫米波通信信道的稀疏性特性,找到用户端到智能反射面的最强到达角只需利用步骤3估计出的部分信道信息进行虚拟波束搜索;通过搜索部分信道能够估计得出各用户端到智能反射面的视距到达角度值;设计到达角检测矩阵为:其中包含J列检测向量,则第i列检测向量,即 如下:其中, 为智能反射面可能的到达角;d表示传输天线与接受天线之间的距离,第i个虚拟方向的波束搜索值为:其中, 表示不同用户端的莱斯因子权重系数矩阵;

虚拟波束搜索最大值可表示为:

其中,最大搜索值对应的索引即为用户端到智能反射面的最强到达角值。