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专利号: 2022116640534
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于智能反射表面辅助太赫兹的低复杂度信道估计方法,其特征在于,该方法具体包括以下步骤:S1:构建IRS辅助太赫兹通信的系统模型;其中,IRS为智能反射表面;

S2:设计相应的IRS相移矩阵并且根据不同块和不同时隙将接收信号建模为三维张量;

S3:利用CP分解对接收信号进行分解,得到因子矩阵;其中,CP为平行因子;

S4:根据相关估计器对分解得到的因子矩阵进行估计,求解出信道参数;

S5:根据求解出的信道参数重构信道矩阵。

2.根据权利要求1所述的低复杂度信道估计方法,其特征在于,步骤S1中,构建的通信系统模型为:假设直视路径受阻,通过引入IRS缓解通信过程中的多径衰落和阻塞;发送端发射的信号经过环境中散射体的散射或者经过IRS反射后到达接收端;其中,IRS既能作为控制入射信号并且能够反射信号的元件,同时也能看作为通信链路中的可控散射体。

3.根据权利要求2所述的低复杂度信道估计方法,其特征在于,步骤S1中,构建太赫兹下行通信系统模型具体为:基站配备 根天线,用户端配备 根天线,IRS具有N个反射阵元;其中,基站和用户分别配备 和 个射频链路;则用户接收到的信号y表示为Hy=WHs+n

其中,右上标H表示矩阵共轭转置;s=FRFFBx,s表示经过发送端混合波束赋形后的信号, 为基站发送的数据流,r表示发送数据流的数量, 和 分别表示发送端数字和模拟预编码矩阵; 表示信道矩阵; 表示用户端的预编码矩阵, 和 分别表示发送端数字和模拟预编码矩阵; 表示加性高斯白噪声;

将一般的IRS级联信道模型表示成基于几何的信道模型这种统一的数学表达式;对于THz信道,采用几何信道模型来表示,并且只考虑一次反射情况;

其中,L1表示路径数量; 表示路径损耗,在THz频段,考虑信号的自由空间损耗和分子吸收损耗,满足其中,c表示光速,τ(f)表示分子吸收损耗,d表示信号传输距离;

aBS(θ), 分别表示基站和用户的阵列响应向量;假设基站和用户采用均匀线性阵列,则阵列响应表示为其中,右上标T表示矩阵转置,k=2π/λ,λ表示波长,dt和dr分别表示天线的间距,θ和分别表示出发角和到达角;

假设IRS有N个阵元,将IRS划分为M个子阵,级联信道表示为:t r

HI=HΦH

t r

其中,H 和H 分别表示BS‑IRS和IRS‑UE的信道矩阵;

Φ表示IRS的相移矩阵,幅度βn∈{0,1},相位θn∈(0,2π];假设每个子阵列位线性阵列,则级联信道进一步表示为令 将IRS视作受控散射体,根据信

号在空间中的传播路径,重新建立一个信道模型;上式进一步表示为完整的信道表述为

其中,K=L1+M表示整个信道环境中的总路径数。

4.根据权利要求3所述的低复杂度信道估计方法,其特征在于,步骤S2具体包括:将信道相干时间Ts分成T个块,每个块有L个时隙,从而使得Ts=TL;在训练过程中,对于不同块和不同的时隙,这里作如下假设传输规则:1)发送信号在每个块重复发送;2)IRS在一个块内的相移不变;

将用户在第t个块l个时隙内接收到的信号建模为一个三阶张量:其中,αt,k表示第k个IRS子阵的相移组合,gk表示第k个IRS子阵提供的路径增益,F=FRF×FB表示基站端的预编码矩阵,n[t,l]表示第t个块l个时隙内的噪声;

则第t块总的接收信号的张量形式为:

其中,

Y[t]=[y[t,1],y[t,2],...,y[t,l]],N[t]=[n[t,1],n[t,2],...,n[t,l]]。

5.根据权利要求4所述的低复杂度信道估计方法,其特征在于,步骤S3具体包括:将接收到的信号表示为CP的形式:其中,表示矩阵的外积, 并且

其中,A、B、C表示因子矩阵;再将问题转换为最小二乘问题对因子矩阵进行求解;问题描述为其中,|| ||F表示矩阵的F范数,⊙表示矩阵的Khatri‑Rao积, 表示张量y的模式‑n(n=1,2,3)展开, 分别表示第t步迭代过程中求解的因子矩阵。

6.根据权利要求5所述的低复杂度信道估计方法,其特征在于,步骤S4具体包括:将步骤S3中得到的因子矩阵用相关性估计器估计相对应的信道参数 和θk;相关估计器表示为:其中,|| ||2表示矩阵的2范数, 和 分别表示因子矩阵 和 的第l列,J表示搜索维度, 和 分别表示出发角和到达角的估计值, 和 分别表示在阵列响应向量的参考值。

7.根据权利要求6所述的低复杂度信道估计方法,其特征在于,步骤S5具体包括:根据步骤S4中求得的信道参数 和θk重构出因子矩阵 和 接着根据IRS相移矩阵αt,k求解出路径增益:其中,右上标 表示矩阵的伪逆;根据路径增益重构出最后一个因子矩阵最后重构出整个信道。