[發(fā)明專利]智能反射面輔助毫米波通信系統的波束對準方法

有效

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• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN112994765B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設計）人: 方俊;王沛蘭
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456;H04B7/06
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發(fā)明屬于毫米波無線通信技術領域，具體涉及一種智能反射面輔助毫米波通信系統的快速波束對準方法。通過將智能反射面相關的級聯信道寫成稀疏表示，提出了一種基于稀疏感知和無相位估計的快速波束對準方法，通過設計一系列稀疏感知矩陣，利用最大似然估計器恢復最優(yōu)波束對。仿真實驗表明，本發(fā)明提出的方法能以極低的導頻訓練開銷達到與暴力搜索相近的性能，與現有的波束對準算法相比存在巨大的性能優(yōu)勢，并且在低信噪比下依然能維持較好的魯棒性，體現了本發(fā)明的實際可行性。

技術領域

本發(fā)明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種智能反射面輔助毫米波通信系統的波束對準方法。

背景技術

智能反射面(Reflecting Intelligent Surface，RIS)輔助毫米波通信是Beyond5G和6G移動通信物理層的關鍵技術之一。通過控制智能反射面的反射系數以及基站端的混合預編碼向量實現聯合主被動波束成形，可以實現無線通信環(huán)境的智能控制，從而拓寬信號覆蓋范圍，有效抑制小區(qū)內多用戶干擾，增加物理層安全通信性能。實現精準的聯合主被動波束成形需要基站-智能反射面-用戶的聯合信道狀態(tài)信息。另一方面，由于智能反射面的無源特性，傳統的波束對準/信道估計方法不能直接應用于智能反射面輔助毫米波通信系統。目前基于LS/MMSE的方法沒有考慮毫米波信道的稀疏特性，優(yōu)點是計算復雜度低，但需要大量的測量值。基于壓縮感知的方法需要已知接收信號的全信息，需要的測量值數目較少，但計算復雜度高。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提出一種基于聯合稀疏感知和無相位估計的快速波束對準方法，并將其應用到智能反射面輔助毫米波通信場景中。該方法涉及到稀疏感知矩陣的設計以及從無相位測量值中估計最優(yōu)的波束對準方向兩個方面。具體而言，通過設計一系列稀疏感知矩陣，分別實現在基站和智能反射面的多個窄波束掃描，利用用戶接收到的多個無相位信號，進行最大似然估計，從而估計出智能反射面輔助毫米波通信系統的最優(yōu)波束對準方向。

本發(fā)明的技術方案為：

面向智能反射面輔助毫米波通信系統的波束對準方法，系統中基站配置天線數為N_t,智能反射面單元數目為M，其特征在于，包括以下步驟：

S1、分別針對基站和智能反射面預設L個(近似)稀疏編碼矩陣和其中V＝N_t/R和U＝M/Q，R和Q分別表示每一次波束掃描在基站和智能反射面端形成的窄波束數目；

S2、基站依據預設的稀疏編碼矩陣發(fā)送信號，智能反射面依據預設的稀疏編碼矩陣反射信號；

S3、用戶基于預設的稀疏編碼矩陣和接收信號矩陣進行最優(yōu)的波束估計：

S301、基于預設的稀疏編碼矩陣依次得到第l,l＝1,…,L輪接收的信號，對第l輪的接收信號矩陣中的每個元素Y_l(u_l,v_l),u_l＝1,…,U,v_l＝1,…,V進行能量檢測，其中N_l表示第l輪對應的接收信號噪聲。若元素Y_l(u_l,v_l)能量值小于某一預設閾值∈，則將該元素標記為零節(jié)點(nullton)。依次統計l＝1,…,L輪的零節(jié)點數目，將零節(jié)點數目最少的接收信號矩陣對應的輪次標記為NM(No-multiton)輪次，并保存對應的接收信號矩陣集合其中L^′為NM輪次的數目；

S302、對于第l輪的每一個可能的波束標號對(i,j),i＝1,…,M,j＝1,…,N_t,定義波束覆蓋矩陣其中第(u,v)個元素定義為其中是稀疏編碼矩陣C_l的第u列，是稀疏編碼矩陣A_l的第v列，x(i)表示向量x的第i個元素。利用最大似然(Maximum Likelihood,ML)估計最優(yōu)的波束標號對(i^*,j^*)：