申请/专利权人：东南大学

申请日：2022-03-08

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN115022129B

主分类号：H04L25/02

分类号：H04L25/02;H04B7/0413;H04B7/145

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2022.09.23#实质审查的生效;2022.09.06#公开

摘要：本发明公开了一种基于ANM的多用户上行传输RIS辅助系统的信道估计方法，利用连续值信道参数域的级联稀疏性，基于原子范数最小化ANM联合估计UEs‑RIS和RIS‑BS信道。需要先估计出BS接收角度和UE发射角度，再计算RIS的接收和发射角度，最后估计信道增益，获得完整信道信息后还可以恢复导频信息。本估计方法具有高分辨率，并且联合估计级联信道的同时还能对导频进行恢复，从而达到区分用户的目的，有助于后续波束成形以及资源分配操作。另一方面，本方法计算复杂度与RIS天线数目无关。

主权项：1.一种基于ANM的多用户上行传输RIS辅助系统的信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在上行传输的RIS辅助系统，包括K个用户、一个基站和一个RIS，信号由k个用户同时经过RIS转发至基站；所述用户发送导频，基站接收信号并计算处理，信号中途经过RIS反射；步骤2、利用连续值信道参数域的级联稀疏性，基于ATM联合估计K个用户到RIS和RIS到基站的信道；步骤2.1、使用ANM分离视线信道；步骤2.2、估计出基站接收角度和用户发射角度，计算RIS的接收和发射角度；步骤2.3、估计信道增益；步骤1中基站使用M＝M1×M2根天线，每个用户使用L＝L1×L2根天线，并且RIS具有N＝N1×N2个单元；所有基站、用户和RIS天线排列方式均被认为是均匀面阵，对应的阵列响应表达式如下： 其中n1，n2表示平面阵的长宽维度天线数量，eng＝[1,eiπg,…,eiπn-1g]T是长度为n的中间计算矢量；g＝g1，g2为该矢量对应的角度信息；表示克罗内克积，·T表示转置操作，g2＝cosθ，θ表示俯仰角，表示水平角；将第k个UE和RIS之间的信道表示为RIS和基站之间的信道表示为其中上标eq表示等效实际信道，表示大小为m×n的复数矩阵，mn是指两个自然数；按照Rice信道模型对和Geq进行建模： 其中Hk表示用户到RIS的LoS分量，G表示RIS到基站的LoS分量，H'k和G'是表示nLoS分量的Rayleigh随机变量；因子KR表示LoS分量与nLoS分量所占的能量比；对于LoS分量，Hk和G表示为 其中βk和γ表示信道的复增益，aNr,k，aL,k表示第k个用户到RIS之间的接收与发射天线阵列响应；aM，aNt表示RIS到基站之间的接收与发射天线阵列响应；定义为RIS的相移矩阵，表示为 其中diagp表示以矢量p为主对角线的对角矩阵，gp1,gp2为天线阵列的角度信息；基站在第p个时段接收到的信号被表示为： 其中Fxk,p为第k个用户的导频信号，为统一的观测矩阵,W是观测矩阵的宽度，即每个时段内的导频长度；N[p]为噪声矩阵；设置每个用户发送的信号功率和相同，即第k个用户发射的导频序列表示为： xk1≠xk2|k1≠k2 其中xk,p表示第k个UE发射的第p个导频；是正实数，Q是每个用发送导频的功率和；步骤2.1中使用ANM分离视线信道具体包括以下步骤：步骤2.1.1、将Y[p]进行如下变形： 由于G'和H'k是Rayleigh随机变量，且KR的取值在高频带非常大，即有： 因此定义余项R[p]： 如此，接收信号被近似为如下形式： 其中是一个未知标量，将Y[p]矢量化后得到yp 其中表示aL,k的共轭，IM表示大小为M的单位矩阵，FT是F的转置，yp中包含了4D-ANM的标准形式其中观测数量为M×W，稀疏性为2K+2；步骤2.1.2、使用原子范数来强化gp的稀疏性；原子是的形式；原子集定义为所以gp的原子范数表示为： 其等价半正定规划表示为 其中Tr·表示矩阵的迹,≥0表示半正定矩阵,是4阶Toeplitz矩阵，形式表达为： 其中Tn表示n阶Toeplitz矩阵；步骤2.1.3、根据yp，gp的估计被建模为以下的最优化问题： 其中λ0是权重因子设置为σn表示噪声功率；通过求解该问题，得到估计值以及T4指一个包含待估计信道参数的块Toeplitz矩阵；步骤2.2具体包括以下步骤：根据T4的构成形式，通过矩阵束自动匹配方法提取其中的角度参数，得到和根据LoS直达径发射与接收角度对称的特性，得到RIS对应的角度参数 步骤2.3具体包括以下步骤：步骤2.3.1、根据定义矩阵和矢量 于是有gp＝Acp得到了cp的估计： 步骤2.3.2、通过自由空间路径损耗模型来估计信道G的信道增益γ，即 其中L0＝32.45+20log10f+20log10d，f为信号频率，d为信号传播距离；步骤2.3.3、估计首先根据的定义以及和计算出定义qp,k＝xp,kβk，于是 根据的估计表示为 步骤2.3.4、先恢复出每个用户在第p个时段发送的导频功率： 得到通过将估计出的与已知的导频序列比较，区分K个用户。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 东南大学 基于ANM的多用户上行传输RIS辅助系统的信道估计方法

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