【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于導(dǎo)航定位、無線通信領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)構(gòu)化張量分解的ris系統(tǒng)多徑信道參數(shù)估計方法。
技術(shù)介紹
1、可重構(gòu)智能超表面(reconfigurable?intelligent?surface,ris)是下一代無線系統(tǒng)的一大關(guān)鍵使能技術(shù)，在學(xué)術(shù)界與工業(yè)界均獲得廣泛關(guān)注。典型地，ris是一個由眾多反射單元組成的二維表面，其中每一個單元都可智能調(diào)節(jié)入射信號的出射相位。通過最優(yōu)化ris波束賦形系數(shù)，無線通信信號可通過ris實現(xiàn)高效增強(qiáng)。此外，ris可作為定位系統(tǒng)中的錨點，并可提供高角度分辨以增強(qiáng)定位性能。
2、在無線通信領(lǐng)域中，信道狀況信息(channel?state?information,csi)是波束賦形最優(yōu)設(shè)計的基礎(chǔ)。此外，在導(dǎo)航定位領(lǐng)域，位置感知的基礎(chǔ)是獲取觀測量，也即信道參數(shù)。因此，為了最優(yōu)化ris輔助無線系統(tǒng)的通信和感知性能，需要對ris輔助無線系統(tǒng)的高精度信道參數(shù)估計問題展開研究。
3、在2023年ieee?transactions?on?signal?processing期刊第71卷555–570頁的論文“an?esprit-based?supervised?channel?estimation?method?using?tensor?traindecomposition?for?mmwave?3-d?mimo-ofdm?systems”中提及，近年來基于張量理論的ris系統(tǒng)信道參數(shù)估計方法脫穎而出，具有估計精度優(yōu)、解耦能力強(qiáng)以及建模適配性高等優(yōu)勢。其中，基于結(jié)構(gòu)化張量分解的信道參數(shù)估
4、然而，現(xiàn)有相關(guān)研究在系統(tǒng)模型上做了以下兩點假設(shè)，因而信道模型得以簡化。第一，絕大多數(shù)研究假設(shè)用戶-基站直射鏈路的全部路徑均受到遮擋，因而假設(shè)用戶-基站直射鏈路不存在。第二，一些研究假設(shè)在用戶-基站、用戶-ris與ris-基站三條鏈路中，一條或多條鏈路處于視距(line-of-sight,los)環(huán)境。故在全多徑環(huán)境下，即用戶-基站、用戶-ris與ris-基站三條鏈路均存在且為多徑信道時，如圖1所示，一般化的信道參數(shù)估計問題有待研究。
5、綜上所述，在全多徑環(huán)境下，基于結(jié)構(gòu)化張量分解的ris系統(tǒng)多徑信道參數(shù)估計問題具有重要研究意義，這是目前尚未解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術(shù)提供了一種結(jié)構(gòu)化張量分解的ris系統(tǒng)多徑信道參數(shù)估計方法，能夠?qū)崿F(xiàn)全多徑環(huán)境下的ris系統(tǒng)多徑信道參數(shù)估計。
2、為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)是這樣實現(xiàn)的。
3、一種結(jié)構(gòu)化張量分解的ris系統(tǒng)多徑信道參數(shù)估計方法，包括：
4、步驟1，構(gòu)建多徑信號張量：設(shè)計導(dǎo)頻序列、ris反射系數(shù)矩陣和基站接收合并矩陣，收集各子載波、時隙的基帶接收信號，重構(gòu)成一個5階信號張量；其中，ris反射系數(shù)矩陣和基站接收合并矩陣由范德蒙德矩陣kronecker積構(gòu)成；5階信號張量的表達(dá)中含有范德蒙德矩陣作為模態(tài)1因子矩陣a1；
5、步驟2，結(jié)構(gòu)化張量分解：利用因子矩陣a1的范德蒙德結(jié)構(gòu)復(fù)用接收信號，將5階信號張量中的范德蒙德矩陣形式的因子矩陣a1等效拆分為兩個子矩陣，從而將5階信號張量增廣為6階信號張量；利用esprit算法恢復(fù)因子矩陣a1，即等效地獲得6階信號張量中兩個因子矩陣估計，利用這兩個因子矩陣估計獲得6階信號張量中其他模態(tài)的因子矩陣估計，從而恢復(fù)出5階信號張量；
6、步驟3，利用步驟2恢復(fù)的5階信號張量估計多徑信道參數(shù)。
7、優(yōu)選地，所述步驟3進(jìn)一步包括：將恢復(fù)的多徑信道參數(shù)即角頻率作為粗估計結(jié)果，利用相關(guān)性計算策略構(gòu)建優(yōu)化目標(biāo)，通過迭代完成精估計；
8、所述相關(guān)性計算策略為找到一個角頻率值并基于此構(gòu)建因子矩陣對應(yīng)列的估計，該估計與恢復(fù)出的5階信號張量對應(yīng)列在余弦距離準(zhǔn)則下最相似；
9、在各輪迭代中，搜索空間的搜索間隔逐漸減小；在達(dá)到迭代次數(shù)上限后，輸出各模態(tài)的角頻率估計，完成多徑信道參數(shù)的精估計。
10、優(yōu)選地，步驟1中，所述構(gòu)建多徑信號張量：設(shè)計導(dǎo)頻序列、ris反射系數(shù)矩陣和基站接收合并矩陣為：
11、步驟1a，對多徑環(huán)境下的ris系統(tǒng)進(jìn)行建模：共有g(shù)個時隙，每個時隙中有k個子載波用于導(dǎo)頻傳輸；用戶為單天線設(shè)備，基站和ris系統(tǒng)均配備有均勻平面陣列天線，陣列大小分別為和my×mz；用戶-基站之間的直射鏈路的信道用符號表示，用戶-ris-基站之間的級聯(lián)鏈路的多徑信道用符號表示，k＝1,…,k,g＝1,…,g；
12、定義與參數(shù)m和ω相關(guān)的函數(shù)向量a(m)(ω)＝[1,ejω,...,ej(m-1)ω]t；則信道和分別建模為：
13、
14、其中，d、p和q分別為用戶-基站、用戶-ris和ris-基站鏈路的多徑數(shù)，＝1,...,d,p＝1,...,p,q＝1,...,q，和分別為直射鏈路和級聯(lián)鏈路的路徑增益，j為虛數(shù)單位，，為與直射鏈路時延有關(guān)的角頻率，為與級聯(lián)鏈路時延有關(guān)的角頻率，和為與直射鏈路在基站處到達(dá)角有關(guān)的角頻率，和為與級聯(lián)鏈路在基站處到達(dá)角有關(guān)的角頻率，為kronecker積運算符；為ris系統(tǒng)增益；
15、
16、其中，γ(g)為ris系統(tǒng)的反射系數(shù)向量，和為與ris到達(dá)角和離開角有關(guān)的參數(shù)；
17、步驟1b，基于步驟1a的建模，設(shè)計的導(dǎo)頻序列、ris反射系數(shù)矩陣和基站接收合并矩陣分別為：
18、
19、其中，x(k)＝[x(k,1),...,x(k,g)]t為導(dǎo)頻向量，k＝1,...,k，x＝diag(x(k))，diag(·)為對角矩陣運算符，g1和g2滿足g＝g1g2，1為全1矩陣，1的下標(biāo)表示維度；φ為ris反射系數(shù)矩陣，t2和t3為用于構(gòu)造φ的兩個范德蒙德矩陣；t2和t3為用于構(gòu)造基站接收合并矩陣r的兩個范德蒙德矩陣。
20、優(yōu)選地，所述步驟1中，收集各子載波、時隙的基帶接收信號，重構(gòu)成一個5階信號張量為：
21、基站處的基帶接收信號表示為收集各子載波、時隙的基帶接收信號：
22、
23、其中，為第k個子載波、第g個時隙的基帶接收信號；k＝1,...,k,g＝1,...,g，共有g(shù)個時隙，每個時隙中有k個子載波用于導(dǎo)頻傳輸；r為基站接收合并矩陣，x(k,g)為第k個子載波、第g個時隙的發(fā)射符號，w(k,g)為接收噪聲；用戶-基站之間的直射鏈路的信道用符號表示，用戶-ris-基站之間的級聯(lián)鏈路的信道用符號表示；
24、垂直堆疊各子載波、時隙的基帶接收信號得到向量y，隨后將向量y重構(gòu)為一個維度大小為k×g1×g2×n1×n2的5階信號張量該信號張量的秩為t＝d+pq，n1n2為基站射頻鏈路數(shù)量；張量可寫成cp張量的形式：
25、
26、其中，
27、
28、其中，a1是一個范德本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種結(jié)構(gòu)化張量分解的RIS系統(tǒng)多徑信道參數(shù)估計方法，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3進(jìn)一步包括：將恢復(fù)的多徑信道參數(shù)即角頻率作為粗估計結(jié)果，利用相關(guān)性計算策略構(gòu)建優(yōu)化目標(biāo)，通過迭代完成精估計；
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中，所述構(gòu)建多徑信號張量：設(shè)計導(dǎo)頻序列、RIS反射系數(shù)矩陣和基站接收合并矩陣為：
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟1中，收集各子載波、時隙的基帶接收信號，重構(gòu)成一個5階信號張量為：
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟2中，所述將5階信號張量增廣為6階信號張量的過程為：
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟2中，所述恢復(fù)出5階信號張量的過程為：
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟3中，利用步驟2恢復(fù)的5階信號張量估計多徑信道參數(shù)為：
8.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟3進(jìn)一步包括：將模態(tài)2-5的因子矩陣估計的多徑信道參數(shù)即角頻率作為粗估計結(jié)果，利用相關(guān)性計算策略構(gòu)建
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種結(jié)構(gòu)化張量分解的ris系統(tǒng)多徑信道參數(shù)估計方法，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3進(jìn)一步包括：將恢復(fù)的多徑信道參數(shù)即角頻率作為粗估計結(jié)果，利用相關(guān)性計算策略構(gòu)建優(yōu)化目標(biāo)，通過迭代完成精估計；
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中，所述構(gòu)建多徑信號張量：設(shè)計導(dǎo)頻序列、ris反射系數(shù)矩陣和基站接收合并矩陣為：
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟1中，收集各子載波、時隙的基帶接收信號，重構(gòu)成一個5階信號張量為...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：申宇瑤，王奕潤，王永慶，劉一明，余全洲，
申請(專利權(quán))人：北京理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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