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申请/专利权人：重庆邮电大学

摘要：本发明涉及移动通讯领域，公开了一种基于可重构智能表面的毫米波信道追踪方法，包括如下步骤：步骤1、构建RIS辅助上行无线通信系统模型，以及UE‑RIS‑BS链路的双时间尺度模型和角度变化模型；步骤2、使用二维快速傅里叶变换算法初始化信道角度参数，并使用最大似然算法初始化路径增益参数；步骤3、基于牛顿算法追踪UE‑RIS水平方向的信道角度；步骤4、对信道矩阵Ht是否会发生突变进行检测，若检测到信道矩阵Ht突变，则再次初始化参数，否则使用牛顿算法继续追踪角度参数。本发明在保证优越性能的前提下，计算复杂度可以达到最低，极大节省算力资源。

主权项：1.一种基于可重构智能表面的毫米波信道追踪方法，其特征在于：所述方法应用在散射体突然变化和用户端缓慢移动环境下的毫米波信道追踪问题中，包括以下步骤：S1、构建RIS辅助上行无线通信系统模型，以及UE-RIS-BS链路的双时间尺度模型和角度变化模型；S2、使用二维快速傅里叶变换算法初始化信道角度参数，并使用最大似然算法初始化路径增益参数；S3、基于牛顿算法追踪UE-RIS水平方向的信道角度；S4、对信道矩阵Ht是否会发生突变进行检测，若检测到信道矩阵Ht突变，则再次初始化参数，否则使用牛顿算法继续追踪角度参数；针对UE-RIS-BS链路的信道仅能通过RIS端反射进行通信，所述步骤S1的方法具体包括以下步骤：S101、在BS端配备NR根均匀线性阵列天线，服务于配备NT根天线的单用户，RIS由个反射单元组成，其中，和分别为RIS水平和竖直方向上反射元素的数目；S102、在RIS水平与竖直方向上分别连接L个射频链，并且UE到BS的直射径被阻断，UE在第t个时隙发送的信号仅能通过RIS反射到BS，BS的接收信号为：Yt＝GHtΓt+Nt其中，为RIS-BS的信道矩阵，为UE-RIS的信道矩阵，为UE发送的导频信号，T为时隙数，导频信号满足正交条件Nt服从均值为0，方差为的复高斯白噪声，概率分布表示为S103、假设RIS-BS的毫米波信道G是准静态信道，分别对UE-RIS和RIS-BS的信道矩阵G和Ht进行建模；基于双时间尺度模型对信道矩阵G和Ht进行建模，所述步骤S103中，对UE-RIS和RIS-BS信道矩阵具体建模为： 其中，La和Lb分别为UE-RIS和RIS-BS的路径数，为信道Ht第la条路径增益，为信道G第lb条路径增益，为UE离开角AoD，和分别为RIS到达角AoA的仰角和方位角，和分别为RIS的AoD的仰角和方位角，为BS的AoA，和为信道Ht的阵列导向矢量；基于马尔科夫链对角度变化进行建模，所述信道Ht的阵列导向矢量和分别为： 其中，dU和dI分别为UE和RIS端天线间距，λ为电磁波波长； 表达式与类似，将和dU分别用和dB代替，dB为BS端天线间距，表达式与类似，将和分别用和代替；第t个时隙中UE-RIS所有路径的角度参数集合Ot为： 由于相邻时隙的信道角度变化可以建模为一阶马尔可夫链，所以第t个时隙存在角度变化时的角度模型为：Ot＝Ot-1+ut其中，表示均值为0，角度变化方差为的复高斯白噪声，QU为ut的协方差矩阵；所述步骤S2中，使用二维快速傅里叶变换算法初始化信道角度参数，包括RIS在水平方向上估计角度和RIS在竖直方向上估计角度，所述RIS在水平和竖直方向上估计角度的方法相同，所述RIS在水平方向上估计角度具体包括以下步骤：S201、RIS水平方向上的接收信号为： 其中，为UE到RIS水平方向信道矩阵，Nxt为高斯白噪声，将接收信号与导频进行解相关后补零得到；S202、通过2D-FFT得到信号空间谱具体为： 其中，为Hxt的空间谱，为得到补零后的接收信号所叠加高斯白噪声N′xt的空间谱，FL′和为补零后的傅里叶矩阵，信道矩阵中第m行n列的元素为： 其中，定义经过谱峰搜索确定第la条路径峰值点坐标为得到所以UE到RIS水平方向第la条路径的角度估计值为： S203、对UE到RIS所连RF链竖直方向接收信号进行2D-FFT可估计出为： 其中，为所对应的峰值点纵坐标；所述步骤S2中使用最大似然算法初始化路径增益参数，具体步骤为：将信号模型改写为： 其中，Hxt中阵列导向矩阵和路径增益矩阵分别为： 利用ML算法求解第t个时隙UE-RIS信道路径增益参数估计值为： 其中，·-1为矩阵求逆，和为阵列导向矩阵估计值，同理可初始化RIS-BS信道路径增益；所述步骤S3的方法具体包括以下步骤：S301、在追踪得到一条路径的角度参数后，移除该路径的接收信号得到残差Fxt为： 其中，和为前la次迭代得到的信道矩阵参数估计值，将残差能量Rt简化为： 其中，la＝1,...,La为路径数索引，和分别为第la次迭代后和估计值的列向量，最小化残差能量Rt，得到和的取值即可追踪到信道角度参数值；S302、将Rt在处泰勒展开为： 其中，Ru′t和Rv′t分别为函数Rt对ut和vt求1次偏导，Ru″ut,Ru″vt,Rv″ut和Rv″vt分别为函数Rt对ut求2次偏导、对ut求偏导后再对vt求偏导、对vt求偏导后再对ut求偏导和对vt求2次偏导；S303、将UE-RIS信道角度参数追踪问题转化为求解Ru′ut,vt＝0和Rv′ut,vt＝0时ut,vt取值问题，Ru′ut,vt和Rv′ut,vt为： S304、通过联立求解Ru′ut,vt＝0,Rv′ut,vt＝0得到： 因为在第la次追踪中仅循环1次得到的信道角度参数值不一定最精确，因此需要多次循环，假设循环Rc次，则第la次追踪中第k次循环得到的信道角度参数值为： 其中，k＝1,…,Rc，为1阶偏导量，为2阶偏导量；S305、迭代追踪信道角度参数值，追踪值收敛条件为残差小于所要求的精度值，当追踪到角度参数值后使用ML估计路径增益参数值；S306、利用信道角度参数值和路径增益参数值恢复第t个时隙UE-RIS水平方向RF链的信道矩阵Hxt。

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百度查询： 重庆邮电大学 一种基于可重构智能表面的毫米波信道追踪方法