[發(fā)明專利]一種基于可重構(gòu)智能表面的非迭代參數(shù)聯(lián)合估計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111505394.2
• 申請日: 2021-12-10
• 公開（公告）號: CN114172597B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜建和;程遠(yuǎn);關(guān)亞林;何晶
• 申請（專利權(quán)）人: 中國傳媒大學(xué)
• 主分類號: H04B17/345
• 分類號: H04B17/345;G06F17/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于可重構(gòu)智能表面的非迭代參數(shù)聯(lián)合估計方法，其特征在于該方法包括：

考慮塊衰落信道場景，用戶連續(xù)發(fā)送導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)信息至可重構(gòu)智能表面，再經(jīng)可重構(gòu)智能表面反射到基站，在基站側(cè)構(gòu)建基于四階張量的收發(fā)端存在相位噪聲的接收信號模型，具體包括：用戶和基站分別部署N_M和N_B根天線，可重構(gòu)智能表面包含K個無源元件，將信號傳輸?shù)目偝掷m(xù)時間分成N塊，每塊包含T個時隙，根據(jù)通信系統(tǒng)的具體需求，數(shù)據(jù)信息可以隨信號塊n＝1,…,N或時隙t＝1,…,T變化，將其簡單地定義為基于此，傳輸?shù)男盘柨梢员硎緸閷?dǎo)頻信號和數(shù)據(jù)信息的連接，其中L＝L_P+L_D，假定所有發(fā)射和接收天線都有各自獨立的振蕩器，即相位噪聲E和F在每個最短時隙之間是不同的，但在N塊內(nèi)是一致的，使用一個塊衰落信道模型，且在T個連續(xù)時隙里到達(dá)可重構(gòu)智能表面的信號都使用第n個相移配置，因此，在第n塊的第t個時隙上，基站端接收到的信號為

Y_n,t＝WD_t(F)H_RBD_n(G)H_MRD_t(E)S_n,t+V_n,t

其中D_t(E)和D_t(F)分別表示由和的第t行生成的對角矩陣，D_n(G)也是由可重構(gòu)智能表面的相移矩陣的第n行生成的對角矩陣，和分別表示可重構(gòu)智能表面-基站信道和用戶-可重構(gòu)智能表面信道，表示接收端的合并矩陣，它在NT個時隙中固定不變且滿足其中(·)^H表示共軛轉(zhuǎn)置，是大小為N_B×N_B的單位陣，V_n,t表示加性高斯白噪聲矩陣，其所有元素都是均值為0、方差為σ²的隨機(jī)變量；

基站對接收到的導(dǎo)頻信號執(zhí)行向量化操作并按一定順序堆疊重排，構(gòu)造具有Khatri-Rao結(jié)構(gòu)的矩陣，具體包括：在第n塊的第t個時隙上，上述公式對應(yīng)的導(dǎo)頻項可以寫成

在忽略噪聲的情況下，對運用vec(·)算子，將矩陣轉(zhuǎn)換為向量形式，有

其中(·)^T表示轉(zhuǎn)置，G_n·表示取矩陣的第n行，符號和⊙分別表示克羅內(nèi)克積和Khatri-Rao積，和分別表示級聯(lián)信道矩陣的第n列和聯(lián)合相位噪聲矩陣Q的第t行，收集第n塊里所有T個時隙對應(yīng)的信號，并運用向量化操作，得到

其中再把所有N塊里的合并到矩陣中，考慮之前忽略的噪聲，得到

其中且因此可表示為張量的其中一種切片形式，根據(jù)三線性分解性質(zhì)，沿特定方向切割張量構(gòu)造出具有Khatri-Rao結(jié)構(gòu)的切片矩陣，如下

其中表示噪聲張量對應(yīng)的切片矩陣；

根據(jù)矩陣的特殊結(jié)構(gòu)，首先利用Khatri-Rao因式分解估計出級聯(lián)信道和聯(lián)合相位噪聲，再重復(fù)運用該非迭代算法獲得單獨的信道和收發(fā)端相位噪聲，具體包括：對運用右偽逆算子(表示為)，并假設(shè)是一個列滿秩矩陣(即L_P≥N_M)，得到

令該公式可重寫為

由于其中m＝1,…,N_MN_B，因此對C_·m運用unvec(·)算子(即把一個向量重構(gòu)為矩陣形式)得到秩1矩陣

和可以分別從unvec(C_·m)＝U^(m)S^(m)(V^(m))^H的左右奇異矩陣中得到，即

其中和分別表示U^(m)和V^(m)的第1列，表示對角矩陣S^(m)的第1個元素(由于rank(unvec(C_·m))＝1，因此它也等價于S^(m)的唯一非零元素)，由于和存在尺度模糊，假設(shè)Q首行已知(即)來消除尺度模糊，從而得到

其中表示U^(m)的第1個元素，(·)^*表示共軛運算，為此，和將通過計算N_MN_B個秩1矩陣的近似解得到，再次利用上述方法來估計單獨的信道和設(shè)G是一個列滿秩矩陣，其滿足N≥K，得到將D的第k列反向量化為一個秩1矩陣，如下

其中k＝1,…,K，對unvec(D_·k)完成Khatri-Rao因式分解后，設(shè)因此，

其中和具有和上述類似的定義，借助Khatri-Rao因式分解還可以實現(xiàn)相位噪聲和的估計，為消除固有的尺度模糊，假設(shè)F首列已知并取F_.1＝1_T，可得

其中和具有和上述類似的定義，因此，和可以通過計算T個秩1矩陣的近似解估計出來；

將估計出來的信道和相位噪聲作為已知信道狀態(tài)信息，基站進(jìn)一步借助接收到的觀測信號恢復(fù)用戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，具體包括：僅考慮接收端截取的數(shù)據(jù)信息傳輸階段，并假設(shè)得到對應(yīng)的接收信號為

其中是均值為0、方差為的高斯噪聲矩陣，讓進(jìn)行一系列類似于構(gòu)建系統(tǒng)模型時的變換，即

再對運用左偽逆算子，把信道和相位噪聲的估計值代入，得到

定義并對和W^T同時使用vec(·)算子，即

其中Φ[n_M,l_D]＝Φ[(n_M-1)N_B+1:n_MN_B,(l_D-1)N_B+1:l_DN_B]且n_M＝1,…,N_M，l_D＝1,…,L_D，由于因此數(shù)據(jù)信息將被恢復(fù)為