基于可重构全向超表面的无线通信信道估计方法及系统
阅读说明：本技术 基于可重构全向超表面的无线通信信道估计方法及系统 (Wireless communication channel estimation method and system based on reconfigurable omnidirectional super surface ) 是由 张雨童 邓若琪 张浩波 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于可重构全向超表面的无线通信信道估计方法,方法包括：基站从码本中选择不同的码字对信号进行预编码,并发射；可重构全向超表面接收到预编码后的信号后,计算可重构全向超表面配置矩阵,将预编码后的信号进行反射或透射；用户接收到预编码后的信号后,对预编码后的信号进行合并；用户根据合并后的信号确定当前最优的预编码矩阵、可重构全向超表面配置矩阵以及合并矩阵；用户通过反馈链路将最优预编码矩阵和可重构全向超表面配置矩阵反馈给基站,从而估计出等效信道矩阵。本发明中的上述方法可对无线通信的信道矩阵进行估计。(The invention relates to a wireless communication channel estimation method based on a reconfigurable omnidirectional super surface, which comprises the following steps: the base station selects different code words from the codebook to precode and transmit the signals; after the reconfigurable omnidirectional super surface receives the precoded signals, a reconfigurable omnidirectional super surface configuration matrix is calculated, and the precoded signals are reflected or transmitted; after receiving the pre-coded signals, the users merge the pre-coded signals; the user determines a current optimal pre-coding matrix, a reconfigurable omnidirectional super-surface configuration matrix and a merging matrix according to the merged signals; and the user feeds the optimal precoding matrix and the reconfigurable omnidirectional super-surface configuration matrix back to the base station through a feedback link, so that an equivalent channel matrix is estimated. The method of the present invention can estimate the channel matrix of wireless communication.)
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于可重构全向超表面的无线通信信道估计方法及系统。
背景技术
超表面的最新发展为第六代移动通信网络容量的提升提供了一种很有前途的方法。传统的可重构智能超表面RIS是一种包含多个亚波长近无源散射单元的超薄表面，具有可控的电磁特性，使传播环境具有可重构性。然而，常规反射型RIS只能向超表面的一侧反射信号，从而限制了服务覆盖范围。为了向超表面两侧的用户均提供网络服务，本发明考虑了一种新型超表面，即全向可重构智能超表面(IOS)，使到达IOS一侧的信号能够同时反射/透射到超表面两侧的用户，从而极大的扩宽了网络服务覆盖范围。
由于每个IOS单元都相当于一个天线单元，随着单元数目的增加，IOS和基站/用户之间的信道矩阵的元素同样增加，使得信道估计变得尤为复杂。目前还没有工作研究基于可重构全向超表面的信道估计方法与装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于可重构全向超表面的无线通信信道估计方法及系统，将入射信号反射或透射到任意方向并估计出IOS和基站/用户之间的信道矩阵。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种可重构全向超表面，所述可重构全向超表面包括：
多个超材料单元；所述超材料单元包括：可调器件、金属片和超材料介质。
可选的，所述可调器件为二极管、液晶或铁氧体。
本发明还提供一种基于可重构全向超表面的无线通信信道估计方法，所述估计方法包括：
基站从码本中选择不同的码字对信号进行预编码，并对预编码后的信号进行发射；
可重构全向超表面接收到所述预编码后的信号后，根据可重构全向超表面处的码字，计算可重构全向超表面配置矩阵，将所述预编码后的信号进行反射或透射；
用户接收到所述预编码后的信号后，对所述预编码后的信号进行合并；
用户根据合并后的信号确定当前最优的预编码矩阵、可重构全向超表面配置矩阵以及合并矩阵；
用户通过反馈链路将最优预编码矩阵和可重构全向超表面配置矩阵反馈给基站，从而估计出等效信道矩阵。
可选的，所述等效信道矩阵为最优预编码矩阵、基站到可重构全向超表面之间的信道矩阵、最优可重构全向超表面配置矩阵、可重构全向超表面到用户之间的信道矩阵、最优合并矩阵，五个矩阵的乘积。
本发明还提供一种基于可重构全向超表面的无线通信信道估计系统，所述系统包括：
基站、可重构全向超表面以及用户；
所述基站用于从码本中选择不同的码字对信号进行预编码，并对预编码后的信号进行发射；
所述可重构全向超表面用于接收所述预编码后的信号，根据可重构全向超表面处的码字，计算可重构全向超表面配置矩阵，将所述预编码后的信号进行反射或透射；
所述用户用于接收到所述预编码后的信号后，对所述预编码后的信号进行合并；
用户还用于根据合并后的信号确定当前最优的预编码矩阵、可重构全向超表面配置矩阵以及合并矩阵；
用户还用于通过反馈链路将最优预编码矩阵和可重构全向超表面配置矩阵反馈给基站，从而估计出等效信道矩阵。
可选的，所述等效信道矩阵为最优预编码矩阵、基站到可重构全向超表面之间的信道矩阵、最优可重构全向超表面配置矩阵、可重构全向超表面到用户之间的信道矩阵、最优合并矩阵，五个矩阵的乘积。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明中的可重构全向超表面通过设置多个超材料单元；超材料单元包括：可调器件、金属片和超材料介质，可以将入射信号反射或透射到任意方向，覆盖范围可达360°，且方向可通过软件调节，本发明中的信道矩阵估计方法基站从码本中选择不同的码字对信号进行预编码，并对预编码后的信号进行发射；可重构全向超表面接收到所述预编码后的信号后，根据可重构全向超表面处的码字，计算可重构全向超表面配置矩阵，将所述预编码后的信号进行反射或透射；用户接收到所述预编码后的信号后，对所述预编码后的信号进行合并；用户根据合并后的信号确定当前最优的预编码矩阵、可重构全向超表面配置矩阵以及合并矩阵；用户通过反馈链路将最优预编码矩阵和可重构全向超表面配置矩阵反馈给基站，从而估计出等效信道矩阵，弥补了现有技术的空白。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例可重构全向超表面示意图；
图2为本发明实施例基于可重构全向超表面的无线通信信道估计方法流程框图；
图3为本发明实施例基于可重构全向超表面的无线通信信道估计方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于可重构全向超表面的无线通信信道估计方法及系统，估计出IOS和基站/用户之间的信道矩阵，其中IOS可以将入射信号反射或透射到任意方向。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例可重构全向超表面示意图，如图1所示，所述可重构全向超表面是一种由多个超材料单元构成的，且可以将入射信号反射或透射到任意方向，覆盖范围可达360°，因此称作全向，同时这个方向是可以通过软件调节的(传统超表面的这个方向是固定的)，因此称作可重构。超材料单元是由一些可调器件(PIN diodes)1、金属片(patch)2和超材料介质3等组成。其中，超材料是指自然界中不存在、由人工构成的材料，本发明中的超材料指人工电磁材料。
基于上述可重构全向超表面，本发明提供了一种基于可重构全向超表面的无线通信信道估计方法，在介绍该方法之前，首先对信道状态信息进行介绍。
信道状态信息(Channel State Information，CSI)：用来估计一条通信链路特性的信息，包括RI、PTI(Precoding Type Indicator)、PMI、CQI。估计CSI的过程叫做信道估计。
其中，RI(Rank Indication)：用户建议基站在下行传输中使用的传输阶数。
PMI(Precoding Matrix Indicator)：用户建议基站在下行传输中使用的预编码矩阵。该预编码矩阵是在假设使用“上报的RI指示的传输阶数”的基础上进行选择的。
CQI(Channel Quality Indicator)：用户使用CQI来告诉基站的调度器，用户所看到的下行信道质量信息。
参照图2，图2为本发明实施例基于可重构全向超表面的无线通信信道估计方法流程框图，假设基站与用户之间的信道矩阵为H，当基站向用户发射信号s时，用户处接收到的信号为y＝Hs+n，其中n表示噪声。通过奇异值分解可以转换为y＝U∑CHTs+n。此时，我们无需知道信道矩阵，只需要获得码本C即可。该码本在基站和用户处均可获得，应用时根据PMI选择一个可以使信道容量最大的码字即可。如上图所示，在下行链路中，基站(发射端)和用户(接收端)从码本中选择不同的码字对信号进行预编码和合并，用户根据合并后的信号确定当前最优的PMI，通过有限反馈链路将其反馈给发射端，从而估计出信道矩阵H。
参照图3，图3为发明实施例基于可重构全向超表面的无线通信信道估计方法流程图，所述方法包括：
步骤101：基站从码本中选择不同的码字对信号进行预编码，并对预编码后的信号进行发射。
步骤102：可重构全向超表面接收到所述预编码后的信号后，根据可重构全向超表面处的码字，计算可重构全向超表面配置矩阵，将所述预编码后的信号进行反射或透射。
步骤103：用户接收到所述预编码后的信号后，对所述预编码后的信号进行合并。
步骤104：用户根据合并后的信号确定当前最优的预编码矩阵、可重构全向超表面配置矩阵以及合并矩阵。
步骤105：用户通过反馈链路将最优预编码矩阵和可重构全向超表面配置矩阵反馈给基站，从而估计出等效信道矩阵，该等效信道矩阵为最优预编码矩阵、基站到可重构全向超表面之间的信道矩阵、最优可重构全向超表面配置矩阵、可重构全向超表面到用户之间的信道矩阵、最优合并矩阵，五个矩阵的乘积。
与上述方法对应的，本申请针对可重构全向超表面，还提供了基于可重构全向超表面的无线通信信道估计，该系统包括：
基站、可重构全向超表面以及用户；
所述基站用于从码本中选择不同的码字对信号进行预编码，并对预编码后的信号进行发射；
所述可重构全向超表面用于接收所述预编码后的信号，根据可重构全向超表面处的码字，计算可重构全向超表面配置矩阵，将所述预编码后的信号进行反射或透射；
所述用户用于接收到所述预编码后的信号后，对所述预编码后的信号进行合并；
用户还用于根据合并后的信号确定当前最优的预编码矩阵、可重构全向超表面配置矩阵以及合并矩阵；
用户还用于通过反馈链路将最优预编码矩阵和可重构全向超表面配置矩阵反馈给基站，从而估计出等效信道矩阵，该等效信道矩阵为最优预编码矩阵、基站到可重构全向超表面之间的信道矩阵、最优可重构全向超表面配置矩阵、可重构全向超表面到用户之间的信道矩阵、最优合并矩阵，五个矩阵的乘积。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。