[發(fā)明專利]基于ZC序列的RIS輔助信道的估計及預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110668245.1
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113472705B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣軼;周雪萌;楊智宇
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04J13/00;H04B7/0413
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

1.一種基于ZC序列的RIS輔助信道的估計及預(yù)測方法，其特征在于，由用戶端多次發(fā)送ZC序列，相應(yīng)地RIS多次改變其反射相位；考慮用戶端到終端的直射鏈路被阻斷的情形，基站端收到多組經(jīng)RIS反射的含有不同傳輸時延、多普勒頻偏和角度的多徑信號，利用最大似然法進(jìn)行時變信道的參數(shù)的估計；使用空間交替廣義期望最大化的方法將原本的高維參數(shù)估計問題轉(zhuǎn)化為多個低維參數(shù)估計問題，避免高維搜索；對于單徑的參數(shù)估計，利用ZC序列的時延-頻率偏移的模糊性，設(shè)計基于FFT的信道參數(shù)聯(lián)合估計算法，進(jìn)一步降低運算復(fù)雜度，然后結(jié)合牛頓迭代進(jìn)行精確估計；對于多普勒頻偏的估計使得時變信道可以準(zhǔn)確估計，而且可以預(yù)測；具體步驟如下：

步驟一，采用ZC序列作為訓(xùn)練序列；

步驟二，利用ZC序列的時延-頻偏可互換的性質(zhì)，采用FFT高效獲取時延、角度、多普勒頻偏的初始解；

步驟三，基于時延、角度、多普勒頻偏的初始解，進(jìn)行牛頓迭代，進(jìn)一步獲得四維參數(shù)估計問題中時延、角度、多普勒頻偏的精確值，從而實現(xiàn)時變信道估計及預(yù)測；

其中，假設(shè)基站端存在一個M_r根天線的均勻線性陣列，RIS相對于入射角度的陣列響應(yīng)用表示，具體如下：

其中，j表示虛數(shù)，λ表示波長，RIS元素個數(shù)為P×Q＝M，表示復(fù)數(shù)域，d_x和dz分別表示均勻矩形陣列相鄰天線在x軸和z軸上的間距，表示均勻矩形陣列天線的方向矢量矩陣，以均勻矩形陣列左上角第1根天線為坐標(biāo)原點，以均勻矩形陣列天線所在平面為xoz平面且以均勻矩形陣列天線所在平面的法向量為y軸建立空間直角坐標(biāo)系，θ表示在空間直角坐標(biāo)系中發(fā)射信號的發(fā)射方向在xoz平面上的投影與x軸之間的夾角，表示在空間直角坐標(biāo)系中發(fā)射信號的發(fā)射方向與z軸負(fù)半軸之間的夾角；

在上行通道中，當(dāng)單天線UE發(fā)送連續(xù)時間信號x(t)時，用戶端到終端的直射鏈路被阻斷，接收端接收到的多徑信號包含U條經(jīng)RIS反射的反射徑，各徑存在不同的時延、角度、多普勒頻偏，所述多徑信號模型如下：

其中，是智能反射面和基站之間的信道，是先驗已知信道；是對角陣，diag(·)表示向量對角化為矩陣操作，對角元素對應(yīng)RIS的M個相位；用戶端到智能反射面的反射信道即為待估信道；β_u，θ_u，τ_u，ξ_u表示經(jīng)RIS反射的第u條徑的信道增益，到達(dá)角，時延和多普勒頻偏；是的列向量化；y(t)表示接收信號，x(t)表示訓(xùn)練序列，z(t)表示服從復(fù)高斯分布的高斯噪聲；表示實數(shù)域。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZC序列的RIS輔助的信道估計及預(yù)測方法，其特征在于步驟一中所述的ZC序列，具體設(shè)計過程如下：

(1)對于一個長度為的ZC序列：

其中，是正整數(shù)，r是和互質(zhì)的正整數(shù)參數(shù)；即ZC序列是周期的，可以改變ZC序列的索引范圍：假設(shè)是偶數(shù)，那么對于一個整數(shù)時延τ則有：

這表明，對于ZC序列，其整數(shù)時延τ對應(yīng)-的頻偏；對于長度是奇數(shù)的情況，ZC序列的這種時延-頻偏互相轉(zhuǎn)換的性質(zhì)依然成立；不失一般性，令r＝1，則可省略r；

(2)考慮收發(fā)端存在的成型濾波器的影響，假設(shè)收發(fā)端存在的成型濾波器為升余弦濾波器，升余弦濾波器脈沖響應(yīng)表示為：

其中，α是滾降系數(shù)，T_s是奈奎斯特采樣周期；離散的ZC序列s(n)經(jīng)過成型濾波器后表示為連續(xù)時間信號x(t)：

由于成型濾波器的低通特性，ZC序列的高頻部分會被壓制；連續(xù)時間信號x(t)中間的長為L的低頻部分近似為一個啁啾信號，即：

其中，L為正整數(shù)且滾降系數(shù)α也會影響L的選取；

于是，ZC序列的低頻部分通過升余弦濾波器后的信號看作是一個啁啾信號，并且同樣存在時延和頻偏的互換關(guān)系，即：

其中，時延τ不再局限于整數(shù)倍的奈奎斯特采樣周期；

(3)基于ZC序列低頻部分的近似，考慮為偶數(shù)的ZC序列，記作s(n)：

在ZC序列s(n)前添加一個長度為T的循環(huán)前綴(CP)，則線性時延轉(zhuǎn)化為循環(huán)時延：

在OFDM系統(tǒng)中，發(fā)送CP和全頻段的ZC序列，從CP的無碼間串?dāng)_區(qū)域開始做點采樣，僅截取信號的L點低頻部分進(jìn)行信道估計及預(yù)測。