1.一种毫米波通信系统的信道估计方法,其特征在于,包括:获取RIS辅助的MIMO多用户通信场景;
根据RIS辅助的MIMO多用户通信场景确定BS‑RIS信道、RIS‑用户信道、BS‑用户信道表达式,通过DFT矩阵将BS‑RIS信道、RIS‑用户信道、BS‑用户信道表达式转化成稀疏化的角度域信道表达形式;
在RIS附近设置已知BS和RIS位置的测试点T1,测试点T1配置为单天线;
关闭RIS,控制测试点T1向BS发送导频信号,根据测试点T1向BS发送的导频信号利用上行信道估计方式完成BS‑T1的信道估计;接着开启RIS,测试点T1继续向BS发送导频信号,根据导频信号利用VAMP算法得到BS‑RIS‑T1级联信道的信道估计,根据RIS位置和测试点T1位置,计算出T1‑RIS的直达径信道,利用所述BS‑RIS‑T1级联信道的信道估计和T1‑RIS的直达径信道计算BS‑RIS信道估计;
保持RIS开启,控制测试点T1向所有用户发送导频信号,根据测试点T1向所有用户发送导频信号利用VAMP算法进行T1‑RIS‑用户级联信道估计,利用T1‑RIS‑用户级联信道估计和T1‑RIS的直达径信道计算RIS‑用户信道估计;控制所有用户向BS返回RIS‑用户信道估计并向BS发送正交导频信号,根据正交导频信号在BS处进行多用户分离,通过所述BS‑RIS信道估计和RIS‑用户信道估计,计算得到BS‑用户信道估计。
2.根据权利要求1所述的毫米波通信系统的信道估计方法,其特征在于,所述RIS辅助的MIMO多用户通信场景为:以时分双工模式运行的RIS辅助的多用户通信系统,该多用户通信系统中BS和RIS各配备M根天线和N个反射单元,每个用户为单天线且用户总数为K;
利用几何信道模型构建所述多用户通信系统中的BS‑RIS信道,RIS‑用户信道,BS‑用户信道,分别表示为天线域信道形式:其中,Lg,Lr,k和Ld,k分别为BS‑RIS信道,RIS‑用户信道,BS‑用户信道的多径数,χg,χp,k和χq,k分别表示BS‑RIS信道,RIS‑用户信道,BS‑用户信道的复增益, 和 分别表示BS‑RIS信道的离开角和到达角, 和 分别表示RIS‑用户信道的离开角和BS‑用户信道的离开角, 和 分别表示BS‑RIS信道的离开角导向矢量和到达角导向矢量, 和 分别为RIS‑用户信道和BS‑用户信道的离开角导向矢量,且BS和RIS都是均匀线阵,上标H表示共轭转置, 和具体表示为:
其中,λ是波长,δBS和δRIS分别是BS和RIS的间距,且δBS=δRIS=λ/2,j表示复数单位。
3.根据权利要求2所述的毫米波通信系统的信道估计方法,其特征在于,通过DFT矩阵将BS‑RIS信道、RIS‑用户信道、BS‑用户信道表达式转化成稀疏化的角度域信道表达形式,具体表达式为其中, 和 分别为M×M维和N×N维DFT酉矩阵,表示复数域M×M维, 表示复数域N×N维。
4.根据权利要求3所述的毫米波通信系统的信道估计方法,其特征在于,所述关闭RIS,控制测试点T1向BS发送导频信号,根据测试点T1向BS发送的导频信号利用上行信道估计方式完成BS‑T1的信道估计;接着开启RIS,测试点T1继续向BS发送导频信号,根据导频信号利用VAMP算法得到BS‑RIS‑T1级联信道的信道估计,根据RIS位置和测试点T1位置,计算出T1‑RIS的直达径信道,利用所述BS‑RIS‑T1级联信道的信道估计和T1‑RIS的直达径信道计算BS‑RIS信道估计,包括:BS接收到的从RIS发射过来的信号 的表达式为
其中, 为测试点T1向BS发送导频信号功率, 为b1时刻的测试点T1向BS发送的导频信号, 为高斯白噪声, 表示综合测量噪声向量,T1‑RIS信道为
RT
其中β 为莱斯因子,
为直达径分量, 为非直达径分量, 为
直达径复增益, 为到达
角导向矢量, 为T1‑RIS信道的到达角, 为非直达径的路径损耗,为直达径信道, 为
非直达径信道, 表示b1时刻RIS反射单元的反射相位,且
其中 和 表示每个RIS反射单元的反射振幅和反射相位,且 表示RIS的每个单元均最大化波束成形增益,上标T表示转置,diag·表示对角化;
将b1时刻的测试点T1向BS发送的导频信号设置为 并合并τ1个接收的导频信号,(11)式改写为:
其中, 表示BS端接收τ1个信号的观测矩阵,
表示反射系数矩阵,
表示τ1个时刻的
噪声矩阵,这里 反射系数矩阵设置为 其中 为τ1×τ
1DFT矩阵, 为τ1×(N‑τ1)零矩阵,结合公式(8),(12)式改写为:其中, 为级联BS‑RIS‑T1信道估计,
和 分
别表示等效的接收信号矩阵、测量矩阵和噪声矩阵.
提取等效的接收信号矩阵的每一列,将该信道估计问题转化成CS稀疏信号恢复问题,表达式如下:其中, 和 为 和 的第j列向量;
根据公式(13)采用EM‑VAMP算法计算得到级联BS‑RIS‑T1信道估计 最后角度域BS‑RIS信道估计表示为
5.根据权利要求4所述的毫米波通信系统的信道估计方法,其特征在于,所述保持RIS开启,控制测试点T1向所有用户发送导频信号,根据测试点T1向所有用户发送导频信号利用VAMP算法进行T1‑RIS‑用户级联信道估计,利用T1‑RIS‑用户级联信道估计和T1‑RIS的直达径信道计算RIS‑用户信道估计;控制所有用户向BS返回RIS‑用户信道估计并向BS发送正交导频信号,根据正交导频信号在BS处进行多用户分离,通过所述BS‑RIS信道估计和RIS‑用户信道估计,计算得到BS‑用户信道估计,包括:第k个用户在b2时刻接收到的测试点T1发送的导频信号的表达式为:其中, 表示T1‑用户信道和T1‑RIS‑用户信道的合并形式,其中 为T1‑用户信道, 为T1‑RIS‑用户信道, 表示RIS反射相位矢量,表示合并处理后的RIS反射相位矢量,表示级联T1‑RIS‑用户信道,设置导频信号为 并合并所有b2时刻接收信号,(16)式改写为:
其中, 表示接收到的导频信号矢量,
表示反射系数矩阵,这里令 其
中 为τ2=τ2DFT矩阵, 为N+1‑τ2×τ2零矩阵,结合式(9),式(17)求转置后为:其中 和
分别表示等效的测量矩阵和待估计的稀疏信道;
利用式(18)计算RIS‑用户信道的估计值,表达式为:完成RIS‑用户的信道估计后,用户向BS返回估计值并发送τ3个正交导频信号,在BS处完成BS‑用户的信道估计,BS接收到的正交导频信号矩阵 表示为:其中,Pk表示第k个用户的发送的正交导频信号的功率,ZBS表示相应的噪声矩阵,xk表示第k个用户发送的导频信号,在BS处进行导频信号分离得到:其中, 表示接收到第k个用户发送过来的导频信号, 表示分离后的第k个用户的噪声, 表示BS‑RIS‑用户的
级联信道,θ表示RIS反射相位矢量;
根据BS‑RIS信道的估计值和RIS‑用户信道的估计值,计算得到BS‑RIS‑用户的级联信道估计值在(21)式减去 并利用(10)式,得到
其中, 表示去除了BS‑RIS‑用户信道影响后的接收信号, 表示待估计的角度域BS‑用户信道, 表示估计误差和
噪声的组合形式;
根据式(22)利用EM‑VAMP算法计算得到BS‑用户信道估计
6.一种毫米波通信系统的信道估计系统,其特征在于,包括:获取模块,用于获取RIS辅助的MIMO多用户通信场景;
转化模块,用于根据RIS辅助的MIMO多用户通信场景确定BS‑RIS信道、RIS‑用户信道、BS‑用户信道表达式,通过DFT矩阵将BS‑RIS信道、RIS‑用户信道、BS‑用户信道表达式转化成稀疏化的角度域信道表达形式;
设置模块,用于在RIS附近设置已知BS和RIS位置的测试点T1,测试点T1配置为单天线;
第一估计模块,用于关闭RIS,控制测试点T1向BS发送导频信号,根据测试点T1向BS发送的导频信号利用上行信道估计方式完成BS‑T1的信道估计;接着开启RIS,测试点T1继续向BS发送导频信号,根据导频信号利用VAMP算法得到BS‑RIS‑T1级联信道的信道估计,根据RIS位置和测试点T1位置,计算出T1‑RIS的直达径信道,利用所述BS‑RIS‑T1级联信道的信道估计和T1‑RIS的直达径信道计算BS‑RIS信道估计;
第二估计模块,用于保持RIS开启,控制测试点T1向所有用户发送导频信号,根据测试点T1向所有用户发送导频信号利用VAMP算法进行T1‑RIS‑用户级联信道估计,利用T1‑RIS‑用户级联信道估计和T1‑RIS的直达径信道计算RIS‑用户信道估计;控制所有用户向BS返回RIS‑用户信道估计并向BS发送正交导频信号,根据正交导频信号在BS处进行多用户分离,通过所述BS‑RIS信道估计和RIS‑用户信道估计,计算得到BS‑用户信道估计。
7.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质,其特征在于,所述一个或多个程序包括指令,所述指令当由计算设备执行时,使得所述计算设备执行根据权利要求1至5所述的方法中的任一方法。
8.一种计算设备,其特征在于,包括,
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序,其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行,所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至5所述的方法中的任一方法的指令。