[发明专利]可重构表面辅助SIMO系统中基于叠加导频的信道估计方法

说明书

本发明涉及一种可重构表面辅助SIMO系统中基于叠加导频的信道估计方法，属于无线通信技术领域。首先，堆叠接收信号为矩阵形式，基于最小二乘原理估计堆叠信道矩阵的初值，并构造等效级联信道矩阵来估计实际链路中的级联信道初值；然后，利用已知的导频信号矩阵，结合上一步中估计得到的堆叠信道矩阵检测数据符号；接着，通过迭代的方式更新堆叠信道矩阵和数据符号矩阵；最后，结合堆叠信道的迭代估计结果分析系统的频谱效率。本发明不但能有效增加导频长度，同时还延长了数据序列长度，使得系统频谱效率有望得到提升。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及可重构表面辅助SIMO系统中基于叠加导频的信道估计方法。

背景技术

在保证超高数据吞吐量的前提下，未来无线通信系统预计还需能够提供超低时延和超高可靠性的传播、感测、定位和计算等服务，然而仅关注无线通信环境两端的无线通信技术的创新已不能满足这些要求。在过去几年，已有部分研究利用传播环境的隐含随机性来简化收发机制和提高服务质量，例如空间调制(Spatial Modulation,SM)和基于媒体的调制(Media-Based Modulation,MBM)，但这些利用自然传输环境的技术，也无法有效地规避无线环境对通信效率和服务质量的负面影响。在这样的背景下，可重构智能表面(Reconfigurable IntelligentSurface,RIS)作为未来无线通信的革命性技术，能够通过智能地控制传播环境来提高无线通信系统的频谱效率和能量效率而广受关注。

在RIS辅助通信系统中，RIS由大量低成本、无源反射单元和一个控制器组成；控制器通过反射单元可独立地调整入射信号的幅度和相位，以此达到智能调控无线通信系统环境的目的。为充分利用RIS这一特性，大量研究集中在系统功率及传输和速率优化等方面。然而，以上研究往往假设基站和用户端均确知信道状态信息(Channel StateInformation,CSI)。但在RIS辅助的通信系统中，由于通过智能地控制RIS反射单元的幅度和相位，导致传统获取CSI的方案将面临严峻的挑战。具体而言，RIS的无源性导致其不能直接参与信道估计过程，信道估计只能在基站或用户端完成；此外，RIS单元数通常较多，即信道链路数的数目较多，无形中增大信道估计难度。于是，除了传统的通过增加导频开销来估计信道的方案外，还出现了对RIS进行分组估计的方案和为RIS配置少量接收射频链来辅助信道估计方案。但前者大大地降低发送端的无源波束形成设计的自由度(Degrees-of-freedom,DoF)，后者将增加通信系统的硬件成本和功耗开销，从而限制了RIS的覆盖范围，提高了网络部署难度。值得注意的是，上述信道估计方案基于常规的复用导频(Multiplexed Pilot,MP)模式，即在相干时间内，导频信号和数据信号分别占据非重叠的时隙段。从整体来看，当RIS反射单元数增加时，系统中的链路数将成倍增加，导致导频开销亦成倍增加，从而不得不大幅减少相干时间内数据长度，使系统频谱效率下降。与MP配置模式不同，叠加导频(Superimposed Pilot,SP)配置模式，将相干时间内的导频信号与数据信号于发送端叠加后再进行发送。这种配置方案不但能有效增加导频长度，同时还延长了数据序列长度，因而，SP配置模式有可能在提高信道估计精确度的同时，使得系统频谱效率亦得到提升。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可重构表面辅助SIMO系统中基于叠加导频的信道估计方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种RIS辅助通信系统中基于叠加导频的信道估计方法，设在RIS辅助的单用户SIMO上行通信系统中，其中用户配置单根发送天线，基站配置N_r根接收天线，RIS包含M块反射单元。基于该系统，本发明提供的基于叠加导频的信道估计方法包括如下步骤：