[发明专利]应用于RIS辅助移动通信系统的多普勒频偏估计与补偿方法

说明书

本发明公开一种应用于RIS辅助移动通信系统的多普勒频偏估计与补偿方法。首先，输入所需参数，包括发射信号x和接收信号y；其次，使用多普勒频偏估计方法来获取直达径和反射径的多普勒频偏；最后，使用多普勒频偏补偿方法，最大程度地消除接收信号的多普勒频偏。本发明能够有效应对可重构反射面辅助移动通信系统中的多普勒效应；该方案具有应用范围广泛、估计结果精确、可行性较高等优点。

技术领域

本发明涉及一种应用于RIS(可重构反射面)辅助移动通信系统的多普勒频偏估计与补偿方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

如今，越来越多的人在驾驶汽车或乘坐公共交通的过程中，对移动互联网服务产生了需求。车辆移动通信网络巨大的数据消耗量成为了一种必然的趋势。车辆移动用户对于数据流量和高速数据服务的需求也在不断增加。在这样的背景下，车联网的概念应运而生，吸引了包括全世界研究者、电信运营商、通信公司在内的各界的关注。

近年来，可重构反射面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)作为一项十分富有应用前景的新兴技术被提出。RIS是由大量可重构的无源反射元件(例如移相器)组成的平面阵列，可以独立地将某些相位偏移引入到电磁波中。因此，RIS可以通过适当地调整其反射系数来智能地操纵电磁波，以产生良好的传播环境，尤其是在遇到阻塞或严重衰落时。RIS能够以经济高效的方式大大扩展信号覆盖范围，改善传输质量，增强传输的安全性。使用RIS辅助通信的一个显著的优势在于可以减少系统能量损耗，实现可持续的绿色5G通信。因此，目前已有相关研究将RIS引入车联网移动通信系统，以提升通信效率，改善系统的整体性能。

在车联网系统中，车辆的移动性势必会带来多普勒效应。由此引发的多普勒频偏不仅会引入严重的载波间干扰，同时也会导致信道的时变性，对信号的接收和恢复造成巨大的困难。因此，对于多普勒频偏估计与补偿方案的研究是非常重要的。在现有的研究中，对于多普勒频偏估计和补偿方法的研究更多考虑的是相对简单的系统模型，即只关注基站与用户间的直射路径。在实际的车联网系统中，由于障碍物的遮挡和通信单元的不固定分布，路面情况更为复杂，而且RIS的引入也会增加信道的复杂性。因此，需要寻找新的研究方法和模型，以应对更为复杂的信道情况。在现有研究方法的基础上，需要结合车联网的特点与模型架构进行思考。

本发明针对RIS辅助的移动通信系统，提出一种多普勒频偏估计和补偿方法。本发明考虑了实际的车联网通信场景，且在仿真中表现良好。

发明内容

发明目的：针对RIS辅助的车联网移动通信系统中存在的多普勒效应，本发明提出一种多普勒频偏估计和补偿方法，该方法简单可行，能够有效地解决多普勒效应对通信传输的影响。

技术方案：一种应用于可重构反射面辅助移动通信系统的多普勒频偏估计与补偿方法。考虑图1所示RIS辅助的下行车联网移动通信系统。图中展示了一条双向的高速公路，每个方向上包括两条车道。一个单天线的路侧基站单元(road-side unit,RSU)被部署在了高速公路中间的隔离绿化带上。假设一个载有单天线目标用户(target user)的车辆位于某个方向的外侧车道上。为了增强RSU与目标用户之间的通信传输，RIS被部署在了相对于RSU的道路的另一侧。假设该RIS由M个反射单元构成。由于两个方向的道路呈对称关系，其通信环境基本相同，所以在本发明中，只需考虑其中一侧的通信系统。

目标用户在道路上的运动，会导致它与RSU和IRS之间的相对移动。此时，在链路通信过程中会导致多普勒效应，这会给传输信道带来多普勒频偏，进而对信号产生时变的相位影响。分别将RSU-user链路和RIS-user链路上的多普勒频偏表示为f_D和f_R，其具体定义如下：

其中，v表示目标用户的速度；f表示载波频率；c为光速；α和β分别为RSU-user和IRS-user链路的远离角(Angle of departure,AoD)。