[发明专利]一种智能反射面辅助通信的波束域信道角度估计方法

说明书

本发明公开了一种有智能反射面辅助通信的波束域信道的角度估计方法，针对现有的压缩感知角度估计方法计算量大的问题，本方法通过设置智能反射面的反射系数使其形成不同的反射角度，并依次对智能反射面到达角、智能反射面离开角进行估计，从而获得波束域信道的角度估计值。本发明减少了智能反射面辅助通信信道角度估计中的导频开销，操作流程也更为简便。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种智能反射面辅助通信的波束域信道角度估计方法。

背景技术

智能反射表面是一种新型的人工电磁材料，它由大量相同结构的反射单元所构成。从微观上看，可以人为地控制每个反射单元的反射系数(相位、幅度)，使其对入射的电磁波独立施加可控影响；从宏观上看，可以协同控制所有反射单元，来改变反射波束的数量、方向、散射程度等。

智能反射面的最优反射系数设置，需要以发射端-智能反射面-接收端之间的三组信道响应为依据进行设计，因此需要进行瞬时信道状态信息(Channel StateInformation，CSI)的估计。而智能反射面在进行信号反射时，其功能上属于被动无源器件，不具备信号接收、采样功能，仅能从基站、用户天线处进行信号采样，并据此估计瞬时CSI，因此需要设计与传统信道估计不同的信道估计技术。对于具备大量均匀密集排布、单元间隔小于半波长、距离收发端较远、环境散射体成簇状分布的智能反射面来说，可以将其信道建模为波束域信道模型，因此波束域信道的角度估计成了获取CSI的重点。现有的智能反射面波束域信道角度估计主要是通过划分空间角度域，采用压缩感知方法来估计角度值。但将角度域密集划分后，问题的运算规模极大，复杂度过高。因此亟需一种新的角度估计方法来获取信道角度，其过程不能过于复杂。

发明内容

发明目的：在智能反射面辅助通信系统中，用户和智能反射面之间及基站和智能反射面之间均可能存在多条信道路径，因此智能反射面会有多组不同的入射角和反射角，要把这些角度都估计出来可能需要复杂度较高的算法，如背景技术中提到的压缩感知算法。针对这一问题，本发明提出一种智能反射面辅助通信的波束域信道角度估计方法，操作流程更为简便，也可以获得精确的估计角度值。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种智能反射面辅助通信的波束域信道的角度估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：基站配备多天线，用户配备单天线，用户发送导频数据，基站侧利用经典谱估计方法估计出信号到达角。

步骤2：将基站接收波束方向对准智能反射面，用户持续发送导频数据，将其持续发送的时间分为多个等间隔的时隙，在每个时隙开始，对智能反射面的反射系数进行配置，并保持该配置直到该时隙结束。在基站侧，计算并记录每个时隙收到的信号平均功率；

步骤3：基站找到信号平均功率序列的局部极大值，并进行筛选。基站通过极大值平均功率的时隙序号找出相对应的空间角度，作为智能反射面入射角的估计值；

步骤4：基站通过步骤1中估计的到达角信息判断智能反射面和基站之间是否存在除视距链路之外的非视距链路，若不存在，则完成估计，若存在，则转到步骤5；

步骤5：将基站接收波束方向对准其中一条非视距链路的信号到达角方向，用户持续发送导频数据，将其持续发送的时间等分为多个连续的阶段。每个阶段的时间分为数量相同的等间隔时隙，不同阶段的时隙序号相同。在任一阶段中，每个时隙开始时，对智能反射面的反射系数进行配置，并保持该配置直到该时隙结束。在基站侧，计算并记录每个阶段中所有时隙收到的信号平均功率；

步骤6：基站将不同阶段中相同时隙序号对应的信号平均功率值进行相乘，在相乘的结果中找到全局最大值，把该最大值的时隙序号所对应的空间角度作为智能反射面反射角的估计值；

步骤7：基站通过步骤1中估计的到达角信息判断智能反射面和基站之间是否存在尚未估计反射角的其他非视距链路，若不存在，则完成估计，若存在，则转到步骤5；