[發明專利]雙時間尺度協同感知的毫米波智能超表面信道估計方法

有效

• 申請號: 202210434116.0
• 申請日: 2022-04-24
• 公開（公告）號: CN114553643B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 趙樓;孫佳蓓;劉春山
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明公開了一種雙時間尺度協同感知的毫米波智能超表面信道估計方法。首先基于基站端與智能超表面的最大距離設計相應的感知信號，并確定最大盲區距離；再設計基站端的相應感知波束賦形矢量。其次，通過設計智能超表面的移相器相位，在基站端與智能超表面間進行大時間尺度協同感知，以獲取兩者之間的等效信道。最后，通過依次開啟智能超表面單元，并在基站端接收用戶發出的訓練序列，獲得小時間尺度下的用戶與智能超表面間的信道狀態信息。本發明通過協同感知獲取的真實等效準靜態信道，能夠以比較低的導頻開銷準確估計出用戶端與智能超表面的信道，以提升通信系統的性能。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種基于協同感知的雙時間尺度智能超表面輔助混合構型毫米波通信系統的多用戶信道估計方法。

背景技術

毫米波大規模多輸入多輸出（massive MIMO）是實現5G及6G網絡容量要求的關鍵技術之一。然而，傳統的全數字MIMO系統（即每個天線由獨立的射頻鏈驅動）面臨著一些實際問題，例如，功耗、硬件復雜和系統成本。為了解決上述問題，混合架構（即大量的天線連接到少量的射頻鏈）提出，以在系統性能和能源消耗之間取得平衡。然而，混合毫米波系統的能耗不能滿足實際應用的要求，同時還要面對毫米波信道的固有特性，如高傳播損耗和高阻塞概率。

為了提高毫米波系統的能效性和可靠性，研究人員提出了智能超表面（RIS）的相關概念，以低能耗和低硬件復雜度的全被動智能反射元件以增大覆蓋區域，成為未來通信具有研究潛力的技術之一。具體來說，智能超表面是一個由大量無源反射元件組成的可編程元表面。通過調整設計超表面上的反射元件，可以動態地調制入射信號的相位和振幅，從而實現空間電磁波的智能調制，并通過無源波束形成智能地改變無線通信通道。一方面，超表面通過提供額外的無源波束成形增益，能夠將能量集中在所需的位置，以提高小區邊緣的覆蓋率，對抗毫米波通道固有的衰減和穿透損耗特性。另一方面，通過耦合的級聯信道（基站端-智能超表面-用戶端），超表面可以為解決干擾提供額外的自由度，也是對抗阻塞的途徑之一。

大規模MIMO混合模數架構與新興的智能超表面技術相結合，可以建立成本更低，能效比更高，更加靈活的通信系統。相應的，智能超表面的相位設計及部署依賴于智能超表面兩側的信道信息。然而，由于智能超表面沒有配置處理復雜信號能力的射頻鏈路，智能超表面輔助下的模數混合架構的信道估計較傳統信道估計面臨更加嚴峻的挑戰。

發明內容

本發明針對智能超表面輔助下的混合模數架構毫米波通信系統，提出了一種基于雙時間尺度協同感知的毫米波智能超表面信道估計方法。所述方法將信道估計時間劃分為大時間尺度和小時間尺度，分別估計基站端和智能超表面高維度等效準靜態信道和用戶端與智能超表面時變低維信道。本方法首先基于基站端與智能超表面的距離設計相應的感知信號，并確定最大盲區距離。基站端通過發射接收感知信號，獲取基站端與智能超表面之間的最強傳播路徑，并據此設計基站端的相應感知波束賦形矢量。其次，通過設計智能超表面的移相器相位，在基站端與智能超表面間進行大時間尺度協同感知，以獲取兩者之間的等效信道。并通過利用基站端與智能超表面之間的視距角度，來克服其等效信道感知過程中的相位模糊問題。最后，通過依次開啟智能超表面單元，并在基站端接收用戶發出的訓練序列，可獲得小時間尺度下的用戶與智能超表面間的信道狀態信息。本實施例基于所述的雙時間尺度信道估計方法，通過協同感知獲取的真實等效準靜態信道進而能夠以比較低的導頻開銷準確估計出用戶端與智能超表面的信道，以提升通信系統的性能。此外，本發明考慮了智能超表面離散相位控制方案與連續相位控制方案對信道估計性能的影響，仿真證明，本發明提出的方法在低比特量化離散相位控制方案下亦能獲得較好的估計結果。

雙時間尺度協同感知的毫米波智能超表面信道估計方法，包括以下步驟。

步驟1、場景假設和信道模型。

步驟2、根據基站端與感知智能超表面之間的距離，設計感知信號長度，并確定最大盲區距離，以在基站端獲取與智能超表面間的最強視距達到角。