CN114844748A - 信道估计方法、智能超表面结构及电子设备 - Google Patents

信道估计方法、智能超表面结构及电子设备 Download PDF

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CN114844748A CN202210395734.9A CN202210395734A CN114844748A CN 114844748 A CN114844748 A CN 114844748A CN 202210395734 A CN202210395734 A CN 202210395734A CN 114844748 A CN114844748 A CN 114844748A
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戴凌龙
朱结奥
刘坤瓒
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Abstract

本发明属于移动通信技术领域，提供一种信道估计方法、智能超表面结构及电子设备，其中方法应用于由RIS单元和用于检测RIS单元产生的信号强度的信号检测模块组成的智能超表面结构中，信号检测模块分散布置在不同的RIS单元中，且信号检测模块的数量少于RIS单元的数量；该方法包括：获取用户以及基站发送的同频的导频信号在智能超表面结构处产生的信号总强度；基于信号总强度，得到智能超表面结构到用户之间的信道估计。该方法用以解决现有技术中在使用RIS辅助的通信系统时，基于与RIS维度相关的方法进行信道估计，所造成的导频开销过大的缺陷，实现无关于RIS维度的信道估计，有效降低了信道估计的导频开销。

Description

信道估计方法、智能超表面结构及电子设备
技术领域
本发明涉及无线移动通信技术领域，尤其涉及一种信道估计方 法、智能超表面结构及电子设备。
背景技术
RIS(Reconfigurable Intelligent Surface，智能超表面)被认为是 未来6G通信中一项富有潜力的备选技术。具体而言，如图1所示， RIS1是由大量可调控信号相位的无源单元，即RIS单元2组成的大 规模阵列，独立RIS单元2中的移相电路3对入射信号的相位进行 调控，其硬件上可有多种实现方式，包括但不限于基于变容二极管 的相移电路等能够对信号产生移相作用的硬件结构，其调控精度有 多种方案，包括但不限于1比特调控、2比特调控等，即实现对入射 信号进行智能调控，使其能够以高增益反射到任意指定方向上。由 于RIS的成本和功耗都很低，它在克服中断、提升容量、节省发生 功率等场景中都存在应用价值。
在使用RIS辅助的通信系统时，为了能使用户与基站之间的信 号传输具有更高的信噪比，需要调整RIS每个单元的相移电路的相 位，而为实现这一目的，首先需要获取从RIS到用户的信道信息。
多输入多输出(MIMO)系统在信号发射与接收时在每个天线上都 进行相位调整从而使得通过无线信道后总的信号功率最大。但 MIMO系统需要通过部署大量分布式基站来提高网络容量，这使得 系统成本和功耗大大增加，利用RIS来取代MIMO系统中的部分基站，能够在降低成本和功耗的基础上，提高网络容量。然而，在使 用RIS辅助的过程中，由于RIS无源的特性，它并不具有信号感知 与处理的能力，这使得信道估计变得较为困难。而在MIMO系统中， 由于难以简单地采用级联信道方式处理，独立地获取每段信道显得 尤为重要。
在以往的信道估计方案中，由于都是基于由基站或用户接受信 号以估计信道矩阵模型，由于信道矩阵的维数与RIS的单元数成正 比，因此这些方案所消耗的导频开销依赖于RIS单元的个数。而通 常来说，RIS系统的规模都较大，在单元数增大时，使得信道估计所消耗的导频开销急剧增大。
发明内容
本发明提供一种信道估计方法、智能超表面结构及电子设备， 用以解决现有技术中在使用RIS辅助的通信系统时，基于与RIS维 度相关的方法进行信道估计，所造成的导频开销过大的缺陷，实现 无关于RIS维度的信道估计，有效降低了信道估计的导频开销。
本发明还提供一种信道估计方法，应用于由RIS单元和用于检 测所述RIS单元产生的信号强度的信号检测模块组成的智能超表面 结构中，所述信号检测模块分散布置在不同的所述RIS单元中，且 所述信号检测模块的数量少于所述RIS单元的数量；所述方法包括：
获取用户以及基站发送的同频的导频信号在所述智能超表面结 构处产生的信号总强度；
基于所述信号总强度，得到所述智能超表面结构到所述用户之 间的信道估计。
根据本发明所述的信道估计方法，所述基于所述信号总强度， 得到所述智能超表面结构到所述用户之间的信道估计，包括：
基于所述信号总强度与第一信号强度以及第二信号强度间的关 系，构建所述智能超表面结构到所述用户之间的信道估计模型；所 述第一信号强度为所述基站通过所述智能超表面结构向所述用户传 输的信号强度；所述第二信号强度为所述用户通过所述智能超表面 结构发送的信号强度；
基于所述智能超表面结构的传输信道的稀疏性，构建所述智能 超表面结构的稀疏模型；
基于所述稀疏模型，将所述信道估计模型转化为含有复参数的 实函数；
基于所述信号总强度，调整所述复参数的取值，直至所述实函 数得到最优解；
基于使所述实函数得到最优解的所述复参数的取值，得到所述 信道估计。
根据本发明所述的信道估计方法，所述基于所述信号总强度与 第一信号强度以及第二信号强度间的关系，构建所述智能超表面结 构到所述用户之间的信道估计模型，包括：
获取所述基站通过所述智能超表面结构中布置所述信号检测模 块的所述RIS单元向所述用户传输的信号强度，作为所述第一信号 强度；
获取所述用户通过所述智能超表面结构中布置所述信号检测模 块的所述RIS单元发送的信号强度，作为所述第二信号强度；
基于所述第一信号强度和所述第二信号强度，得到所述基站和 所述用户通过所述智能超表面结构中布置有所述信号检测模块的所 述RIS单元传输的信号强度和；
基于所述信号总强度和所述信号强度和间的关系，构建所述智 能超表面结构到所述用户之间的信道估计模型。
根据本发明所述的信道估计方法，所述信道估计模型为：
Figure BDA0003597249930000031
其中，P∈RN′×1为所述信号检测模块检测到的信号强度，R为 实数；G为所述基站到所述智能超表面结构的传输信道；w为所述 基站的天线的预编码向量；s为所述基站传输给所述用户的信号；F 为所述智能超表面结构到所述用户的传输信道；w′为所述用户的天 线的预编码向量；s′为所述用户通过所述智能超表面结构发送的信 号；N′为布置所述信号检测模块的RIS单元的数量，N′为信号检测 模块的数量，作为下标表示Gws+Fw′s′中通过布置有所述信号检测 模块的RIS单元传输的部分。
根据本发明所述的信道估计方法，所述含有复参数的实函数为：
Figure BDA0003597249930000041
其中，g0＝Gws；l为传输信道的第l条径；L为传输信道的径 的数量；zl为第l条径的增益；
Figure BDA0003597249930000042
N为组成所述智能 超表面结构的RIS单元的数量；
Figure BDA0003597249930000043
Figure BDA0003597249930000044
d为天线间距，θ为RIS单元的俯仰角，
Figure BDA0003597249930000045
为 RIS单元的方位角，λ为导频信号的波长，N1和N2分别为所述智能超 表面结构所构成的阵列的竖向列数和横向列数；K为用户的天线数； H为共轭转置；αl和α′l，以及βl和β′l分别代表第l条径的一组俯仰角 和一组方位角。
根据本发明所述的信道估计方法，所述基于所述信号总强度， 调整所述复参数的取值，直至所述实函数得到最优解，包括：
基于所述信号总强度，按照共轭梯度方向，调整所述复参数的 取值，直至所述实函数得到最优解。
本发明还提供一种智能超表面结构，包括：若干RIS单元和信 号检测模块；
若干所述RIS单元呈阵列状排布，构成智能超表面结构本体；
所述信号检测模块分散布置于不同的所述RIS单元中，用于检 测所述RIS单元产生的信号强度；
其中，所述信号检测模块的数量少于所述RIS单元的数量。
根据本发明所述的智能超表面结构，还包括：获取模块和处理 模块；
所述获取模块用于获取用户以及基站发送的同频的导频信号在 所述智能超表面结构处产生的信号总强度；
所述处理模块用于基于所述信号总强度，得到所述智能超表面 结构到所述用户之间的信道估计。
根据本发明所述的智能超表面结构，所述信号检测模块在所述 智能超表面结构本体内规律的布置。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所 述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执 行所述程序时实现如上述任一种所述的信道估计方法。
本发明提供的一种信道估计方法、智能超表面结构及电子设备， 通过由分散布置在不同RIS单元中的信号检测模块获取用户以及基 站发送的同频的导频信号，在智能超表面结构处产生的信号总强度， 之后基于信号总强度就能得到所述智能超表面结构到用户之间的信 道估计，进而从信道的物理电磁本质出发，实现了在使用RIS辅助 的通信系统时，导频开销与RIS维度无关的信道估计，使得导频开 销大大降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对 实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而 易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。
图1是现有的智能超表面结构的结构示意图；
图2是本发明提供的一种信道估计方法的流程示意图；
图3是应用本发明提供的信道估计方法的原理示意图；
图4是本发明提供的一种智能超表面结构的结构示意图；
图5是本发明提供的电子设备的结构示意图；
附图说明：
1：RIS；2：RIS单元；3：相移电路；4：信号检测模块；5： 基站；6：用户；7：同频的导频信号；8：智能超表面结构本体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本 发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显 然，所描述的实施例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作出创造性劳 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。
可以理解的是，对于如图1所示的无源RIS来说，由于其无源 的特性，不具备对信号感知或处理的能力，使得信道估计问题较为 困难，需要消耗大量的导频开销。
基于此，在本发明实施例中，提出了一种应用于在组成RIS的 RIS单元中分散布置信号检测模块的RIS的信道估计方法，进而通 过获取的用户以及基站发送的同频导频信号在RIS产生的信号总强 度，计算得到所述RIS到用户之间的信道估计，使基于信道的物理电磁本质来得到使用RIS辅助的通信系统时的信道估计成为可能， 并摆脱了信道估计时导频开销与RIS维度的相关性，使得导频开销 大大降低。
下面结合图2和图3描述本发明的一种信道估计方法，该方法 应用于由RIS单元和用于检测所述RIS单元产生的信号强度的信号 检测模块组成的智能超表面结构中，所述信号检测模块分散布置在 不同的所述RIS单元中，且所述信号检测模块的数量少于所述RIS单元的数量，并由计算机或者其中的软件和/或硬件的组合执行，如 图2所示，所述方法包括以下步骤：
101、获取用户以及基站发送的同频的导频信号在所述智能超表 面结构处产生的信号总强度；
需要说明的是，对于由N个RIS单元组成的RIS辅助的MIMO系统 来说，假设其中基站具有M根天线，用户具有K根天线，而每一个 RIS单元的相移都可以连续、独立地控制。则RIS相移矩阵可以表示 为：
Figure BDA0003597249930000071
其中，
Figure BDA0003597249930000072
表示第i个RIS单元的相移，满足
Figure BDA0003597249930000073
因此，用户收到的信号可以被表示为：
y＝FHΘGws+n (2)
其中，F∈CN×K和G∈CN×M分别表示从RIS到用户的传输信道， 以及从基站到RIS的传输信道，w∈CM×1为基站天线的预编码向量， 满足||w||2 2≤Pmax，Pmax为基站能够输出的最大信号强度；s为传输 给用户的信号，
Figure BDA0003597249930000074
为用户收到的加性高斯白噪声，其中，
Figure BDA0003597249930000075
表示高斯分布，0为均值，σn 2为方差。
具体地，通过将本发明实施例所述的信道估计方法应用于如图3 所示的信号检测模块4分散布置在不同的RIS单元2的RIS1中，当基站 5与用户6均向RIS1发送同频的导频信号7时，例如同频电磁波，用户 6与基站5发送的导频信号7在RIS1表面处就会形成空域干涉场，而干 涉场的信号强度可以为信号检测模块4所捕获，进而由RIS单元2处布 置的信号检测模块4就能获取到用户6以及基站5发送的同频的导频信 号7在RIS1处产生的信号总强度：
p0＝|Gws+Fw′s′+n| (3)
其中，w′∈CK×1为用户天线的预编码向量，s′为用户发送的信 号，p0∈RN×1为每个RIS单元处的信号总强度，其中，R为实数， N为组成所述智能超表面结构的RIS单元的数量。
更具体地，信号的强度具体体现在信号的功率上，因而，所述 信号检测模块可以为检测所述RIS单元处的电磁信号功率的功率传 感器，或者其他能够产生等价作用的硬件，在这里不做具体限制。
102、基于所述信号总强度，得到所述智能超表面结构到所述用 户之间的信道估计。
可以理解的是，在由RIS辅助的MIMO系统中，从基站到RIS 的传输信道随时间几乎不变，因而接近于采用固定的传输信道。
具体地，基于从基站到RIS的接近于采用固定的传输信道，可 以假设从基站到RIS的传输信道已知，也就等于是基站传输至RIS 的信号强度已知，同时，在信号总强度已经获取的情况下，就能够 得到用户到RIS的信号强度，进而得到用户到RIS的信道估计，然 后根据计算出的信道，就可以依照信道模型计算RIS需要调整的角 度，实现波束赋形。即从信道的物理电磁本质出发，实现了在使用 RIS辅助的通信系统时，导频开销与RIS维度无关的信道估计，使 得导频开销大大降低。
更具体地，本发明实施例所述的信道估计方法应用的信号检测 模块分散布置在不同RIS单元中的RIS，同时，信号检测模块的数 量少于RIS单元的数量，即在信号检测模块在RIS中稀疏布置时， 即能实现用户到RIS的信道估计，相较于密集放置的功率传感器， 在大规模RIS应用中能够大幅降低硬件成本。
作为本发明的一种实施例，所述基于所述信号总强度，得到所 述智能超表面结构到所述用户之间的信道估计，包括：
基于所述信号总强度与第一信号强度以及第二信号强度间的关 系，构建所述智能超表面结构到所述用户之间的信道估计模型；所 述第一信号强度为所述基站通过所述智能超表面结构向所述用户传 输的信号强度；所述第二信号强度为所述用户通过所述智能超表面 结构发送的信号强度；
基于所述智能超表面结构的传输信道的稀疏性，构建所述智能 超表面结构的稀疏模型；
基于所述稀疏模型，将所述信道估计模型转化为含有复参数的 实函数；
基于所述信号总强度，调整所述复参数的取值，直至所述实函 数得到最优解；
基于使所述实函数得到最优解的所述复参数的取值，得到所述 信道估计。
具体地，RIS处产生的信号强度，在不考虑噪声等因素的影响 时，理论上应该等于基站以及用户向RIS发送的信号的总和，所以， 基于信号总强度与第一信号强度(所述基站通过所述智能超表面结 构向所述用户传输的信号强度)，以及第二信号强度(所述用户通过 所述智能超表面结构发送的信号强度)间的关系，能够构建RIS到 用户之间的信道估计模型。
进一步地，根据传输信道的稀疏性，能够构建RIS的稀疏模型， 之后通过稀疏模型对信道估计模型进行转化，就能将信道估计模型 转化为含有复参数的实函数，之后基于信号总强度，不断优化调整 复参数的取值，使实函数得到最优解，最后基于使所述实函数得到 最优解的所述复参数的取值，得到所述信道估计。
作为本发明的一种实施例，所述基于所述信号总强度与第一信 号强度以及第二信号强度间的关系，构建所述智能超表面结构到所 述用户之间的信道估计模型，包括：
获取所述基站通过所述智能超表面结构中布置所述信号检测模 块的所述RIS单元向所述用户传输的信号强度，作为所述第一信号 强度；
获取所述用户通过所述智能超表面结构中布置所述信号检测模 块的所述RIS单元发送的信号强度，作为所述第二信号强度；
基于所述第一信号强度和所述第二信号强度，得到所述基站和 所述用户通过所述智能超表面结构中布置有所述信号检测模块的所 述RIS单元传输的信号强度和；
基于所述信号总强度和所述信号强度和间的关系，构建所述智 能超表面结构到所述用户之间的信道估计模型。
具体地，信号检测模块仅能检测到其布置的RIS单元处的信号 强度，因而，获得的信号总强度是布置有信号检测模块的RIS单元 处的信号强度之和，所以，第一信号强度和第二信号强度应该是基 站通过RIS中布置所述信号检测模块的所述RIS单元向所述用户传输的信号强度，以及用户通过RIS中布置所述信号检测模块的所述 RIS单元发送的信号强度，才能使得第一信号强度和第二信号强度 的强度和与所述信号总强度在理论上相等。
作为本发明的一种实施例，所述信道估计模型为：
Figure BDA0003597249930000101
其中，P∈RN′×1为所述信号检测模块检测到的信号强度，R为 实数；G为所述基站到所述智能超表面结构的传输信道；w为所述 基站的天线的预编码向量；s为所述基站传输给所述用户的信号；F 为所述智能超表面结构到所述用户的传输信道；w′为所述用户的天 线的预编码向量；s′为所述用户通过所述智能超表面结构发送的信 号；N′为布置所述信号检测模块的RIS单元的数量，N′为信号检测 模块的数量，作为下标表示Gws+Fw′s′中通过布置有所述信号检测 模块的RIS单元传输的部分。
具体地，因为Gws和P均为已知，信道估计的目的在于确定 Fw′s′中的F，同时，P2和|(Gws+Fw′s′)N′|2在理论上应该是相等 的，所以，当F使F0最小时，即说明对于信道估计具有了足够的精 确度，即实现了基于信号总强度，对RIS到用户间的信道估计。
作为本发明的一种实施例，所述含有复参数的实函数为：
Figure BDA0003597249930000111
其中，g0＝Gws；l为传输信道的第l条径；L为传输信道的径 的数量；zl为第l条径的增益；
Figure BDA0003597249930000112
N为组成所述智能 超表面结构的RIS单元的数量；
Figure BDA0003597249930000113
Figure BDA0003597249930000114
d为天线间距，θ为RIS单元的俯仰角，
Figure BDA0003597249930000115
为 RIS单元的方位角，λ为导频信号的波长，N1和N2分别为所述智能超 表面结构所构成的阵列的竖向列数和横向列数；K为用户的天线数； H为共轭转置；αl和α′l，以及βl和β′l分别代表第l条径的一组俯仰角 和一组方位角。
具体地，根据RIS的传输信道的稀疏性，可以将信道F表示为：
Figure BDA0003597249930000116
其中，
Figure RE-GDA0003679749360000118
和
Figure RE-GDA0003679749360000119
为第l条径的一组天线参数。
Figure RE-GDA00036797493600001110
Figure RE-GDA00036797493600001111
其中，令g0＝Gws，
Figure BDA0003597249930000118
同
Figure BDA0003597249930000119
更具体地，通过公式9将公式4所示的信道估计模型转化，即 可转换为如公式5所示的含有5L个复参数的实函数。
作为本发明的一种实施例，所述基于所述信号总强度，调整所 述复参数的取值，直至所述实函数得到最优解，包括：
基于所述信号总强度，按照共轭梯度方向，调整所述复参数的 取值，直至所述实函数得到最优解。
具体地，为了便于计算，令：
Figure BDA0003597249930000121
之后，对每个所述复参数计算导数，以第l条径的增益zl为例， 有：
Figure BDA0003597249930000122
令q∈CN×1满足
Figure BDA0003597249930000123
因此有：
Figure BDA0003597249930000124
类似地，其他复参数的导数也都可以计算出来，为：
Figure BDA0003597249930000125
Figure BDA0003597249930000126
因此，可以求得：
Figure BDA0003597249930000127
Figure BDA0003597249930000128
进一步地，基于导数定义：
Figure BDA0003597249930000129
且y，θl，
Figure BDA0003597249930000131
均为实数，所以取其实部为需要的导数，即有：
Figure BDA0003597249930000132
进而，根据得到的导数，可以按照共轭梯度方向进行优化，根 据获取的信号总强度，调整5L个所述复参数的取值，直至得到最优 解，给出信道的最优估计值。
更具体地，除基于上述的梯度下降法得到信道估计外，也可以 基于牛顿-拉夫逊迭代法等其他算法来进行信道估计，均能实现基于 所述信号总强度，对基站到用户的信道准确估计，在这里不做赘述。
下面结合图4对本发明提供的一种智能超表面结构进行描述， 下文描述的一种智能超表面结构与上文描述的一种信道估计方法可 相互对应参照。
本发明提供的一种智能超表面结构，包括：若干RIS单元和信 号检测模块；
若干所述RIS单元呈阵列状排布，构成智能超表面结构本体；
所述信号检测模块分散布置于不同的所述RIS单元中，用于检 测所述RIS单元产生的信号强度；
其中，所述信号检测模块的数量少于所述RIS单元的数量。
具体地，本发明实施例所述的智能超表面结构提供了一种能够 稀疏采样的感知RIS结构，所述智能超表面结构的结构如图4所示， 在由RIS单元2阵列排布构成的智能超表面结构本体8中，通过稀 疏地在RIS单元2上加装信号检测模块4，可以测量其空间位置处产生的信号的信号强度，进而使得能够利用采集的信号强度实现在 使用RIS辅助的通信系统时，导频开销与RIS维度无关的信道估计， 使得导频开销大大降低。同时，相较于密集放置的功率传感器，能 够在在大规模RIS应用中大幅降低硬件成本。
作为本发明的一种实施例，所述的智能超表面结构中还包括： 获取模块和处理模块；
所述获取模块用于获取用户以及基站发送的同频的导频信号在 所述智能超表面结构处产生的信号总强度；
所述处理模块用于基于所述信号总强度，得到所述智能超表面 结构到所述用户之间的信道估计。
具体地，通过获取模块由分散布置在不同RIS单元中的信号检 测模块获取用户以及基站发送的同频的导频信号，在智能超表面结 构处产生的信号总强度，之后通过处理模块基于信号总强度就能得 到所述智能超表面结构到用户之间的信道估计，进而从信道的物理 电磁本质出发，实现了在使用RIS辅助的通信系统时，导频开销与 RIS维度无关的信道估计，使得导频开销大大降低。
作为本发明的一种实施例，所述信号检测模块在所述智能超表 面结构本体内规律的布置。
具体地，通过将信号检测模块分散布置，能够避免信号检测模 块集中布置在某一个位置时，不能获得所述智能超表面结构本体不 同位置的信号强度的问题，而通过将所述信号检测模块在所述智能 超表面结构本体内规律布置，进一步保证了信号检测模块能够获得 智能超表面结构本体不同位置的信号强度信息，提高了信道估计的 准确度。
更具体地，所述信号检测模块布置的稀疏程度可以根据RIS的 规模决定，例如：每4个单元采样、每9个单元采样等，在这里不 做具体的限定。
优选的，所述处理模块还包括：第一构建单元、第二构建单元、 转化单元、调整单元和处理单元；其中，
所述第一构建单元用于基于所述信号总强度与第一信号强度以 及第二信号强度间的关系，构建所述智能超表面结构到所述用户之 间的信道估计模型；所述第一信号强度为所述基站通过所述智能超 表面结构向所述用户传输的信号强度；所述第二信号强度为所述用 户通过所述智能超表面结构发送的信号强度；
所述第二构建单元用于基于所述智能超表面结构的传输信道的 稀疏性，构建所述智能超表面结构的稀疏模型；
所述转化单元用于基于所述稀疏模型，将所述信道估计模型转 化为含有复参数的实函数；
所述调整单元用于基于所述信号总强度，调整所述复参数的取 值，直至所述实函数得到最优解；
所述处理单元用于基于使所述实函数得到最优解的所述复参数 的取值，得到所述信道估计。
优选的，所述第一构建单元更具体用于获取所述基站通过所述 智能超表面结构中布置所述信号检测模块的所述RIS单元向所述用 户传输的信号强度，作为所述第一信号强度；获取所述用户通过所 述智能超表面结构中布置所述信号检测模块的所述RIS单元发送的 信号强度，作为所述第二信号强度；基于所述第一信号强度和所述 第二信号强度，得到所述基站和所述用户通过所述智能超表面结构 中布置有所述信号检测模块的所述RIS单元传输的信号强度和；以 及基于所述信号总强度和所述信号强度和间的关系，构建所述智能 超表面结构到所述用户之间的信道估计模型。
优选的，所述第一构建单元构建的信道估计模型为：
Figure BDA0003597249930000151
其中，P∈RN′×1为所述信号检测模块检测到的信号强度，R为 实数；G为所述基站到所述智能超表面结构的传输信道；w为所述 基站的天线的预编码向量；s为所述基站传输给所述用户的信号；F 为所述智能超表面结构到所述用户的传输信道；w′为所述用户的天 线的预编码向量；s′为所述用户通过所述智能超表面结构发送的信 号；N′为布置所述信号检测模块的RIS单元的数量，N′为信号检测 模块的数量，作为下标表示Gws+Fw′s′中通过布置有所述信号检测 模块的RIS单元传输的部分。
优选的，所述转化单元转化得到的含有复参数的实函数为：
Figure BDA0003597249930000161
其中，g0＝Gws；l为传输信道的第l条径；L为传输信道的径 的数量；zl为第l条径的增益；
Figure BDA0003597249930000162
N为组成所述智能 超表面结构的RIS单元的数量；
Figure BDA0003597249930000163
Figure BDA0003597249930000164
d为天线间距，θ为RIS单元的俯仰角，
Figure BDA0003597249930000165
为 RIS单元的方位角，λ为导频信号的波长，N1和N2分别为所述智能超 表面结构所构成的阵列的竖向列数和横向列数；K为用户的天线数； H为共轭转置；αl和α′l，以及βl和β′l分别代表第l条径的一组俯仰角 和一组方位角。
优选的，所述调整单元具体用于基于所述信号总强度，按照共 轭梯度方向，调整所述复参数的取值，直至所述实函数得到最优解。
图5示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该 电子设备可以包括：处理器(processor)510、通信接口 (Communications Interface)520、存储器(memory)530和通信总线540， 其中，处理器510，通信接口520，存储器530通过通信总线540完 成相互间的通信。处理器510可以调用存储器530中的逻辑指令， 以执行信道估计方法，该方法应用于由RIS单元和用于检测所述 RIS单元产生的信号强度的信号检测模块组成的智能超表面结构中， 所述信号检测模块分散布置在不同的所述RIS单元中，且所述信号 检测模块的数量少于所述RIS单元的数量，包括：获取用户以及基 站发送的同频的导频信号在所述智能超表面结构处产生的信号总强 度；基于所述信号总强度，得到所述智能超表面结构到所述用户之 间的信道估计。
此外，上述的存储器530中的逻辑指令可以通过软件功能单元 的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算 机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上 或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软 件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中， 包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务 器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部 分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程 序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存 储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述 各方法所提供的信道估计方法，该方法应用于由RIS单元和用于检 测所述RIS单元产生的信号强度的信号检测模块组成的智能超表面 结构中，所述信号检测模块分散布置在不同的所述RIS单元中，且 所述信号检测模块的数量少于所述RIS单元的数量，包括：获取用 户以及基站发送的同频的导频信号在所述智能超表面结构处产生的 信号总强度；基于所述信号总强度，得到所述智能超表面结构到所 述用户之间的信道估计。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其 上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方 法提供的信道估计方法，该方法应用于由RIS单元和用于检测所述 RIS单元产生的信号强度的信号检测模块组成的智能超表面结构中， 所述信号检测模块分散布置在不同的所述RIS单元中，且所述信号 检测模块的数量少于所述RIS单元的数量，包括：获取用户以及基 站发送的同频的导频信号在所述智能超表面结构处产生的信号总强 度；基于所述信号总强度，得到所述智能超表面结构到所述用户之 间的信道估计。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离 部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显 示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方， 或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中 的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术 人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了 解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现， 当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者 说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该 计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、 磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个 人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例 的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记 载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换； 而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实 施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种信道估计方法，其特征在于，应用于由RIS单元和用于检测所述RIS单元产生的信号强度的信号检测模块组成的智能超表面结构中，所述信号检测模块分散布置在不同的所述RIS单元中，且所述信号检测模块的数量少于所述RIS单元的数量；所述方法包括：
获取用户以及基站发送的同频的导频信号在所述智能超表面结构处产生的信号总强度；
基于所述信号总强度，得到所述智能超表面结构到所述用户之间的信道估计。
2.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，所述基于所述信号总强度，得到所述智能超表面结构到所述用户之间的信道估计，包括：
基于所述信号总强度与第一信号强度以及第二信号强度间的关系，构建所述智能超表面结构到所述用户之间的信道估计模型；所述第一信号强度为所述基站通过所述智能超表面结构向所述用户传输的信号强度；所述第二信号强度为所述用户通过所述智能超表面结构发送的信号强度；
基于所述智能超表面结构的传输信道的稀疏性，构建所述智能超表面结构的稀疏模型；
基于所述稀疏模型，将所述信道估计模型转化为含有复参数的实函数；
基于所述信号总强度，调整所述复参数的取值，直至所述实函数得到最优解；
基于使所述实函数得到最优解的所述复参数的取值，得到所述信道估计。
3.根据权利要求2所述的信道估计方法，其特征在于，所述基于所述信号总强度与第一信号强度以及第二信号强度间的关系，构建所述智能超表面结构到所述用户之间的信道估计模型，包括：
获取所述基站通过所述智能超表面结构中布置所述信号检测模块的所述RIS单元向所述用户传输的信号强度，作为所述第一信号强度；
获取所述用户通过所述智能超表面结构中布置所述信号检测模块的所述RIS单元发送的信号强度，作为所述第二信号强度；
基于所述第一信号强度和所述第二信号强度，得到所述基站和所述用户通过所述智能超表面结构中布置有所述信号检测模块的所述RIS单元传输的信号强度和；
基于所述信号总强度和所述信号强度和间的关系，构建所述智能超表面结构到所述用户之间的信道估计模型。
4.根据权利要求3所述的信道估计方法，其特征在于，所述信道估计模型为：
Figure FDA0003597249920000021
其中，P∈RN′×1为所述信号检测模块检测到的信号强度，R为实数；G为所述基站到所述智能超表面结构的传输信道；w为所述基站的天线的预编码向量；s为所述基站传输给所述用户的信号；F为所述智能超表面结构到所述用户的传输信道；w′为所述用户的天线的预编码向量；s′为所述用户通过所述智能超表面结构发送的信号；N′为布置所述信号检测模块的RIS单元的数量，N′为信号检测模块的数量，作为下标表示Gws+Fw′s′中通过布置有所述信号检测模块的RIS单元传输的部分。
5.根据权利要求4所述的信道估计方法，其特征在于，所述含有复参数的实函数为：
Figure FDA0003597249920000022
其中，g0＝Gws；l为传输信道的第l条径；L为传输信道的径的数量；zl为第l条径的增益；
Figure FDA0003597249920000031
N为组成所述智能超表面结构的RIS单元的数量；
Figure FDA0003597249920000032
Figure FDA0003597249920000033
d为天线间距，θ为RIS单元的俯仰角，
Figure FDA0003597249920000034
为RIS单元的方位角，λ为导频信号的波长，N1和N2分别为所述智能超表面结构所构成的阵列的竖向列数和横向列数；K为用户的天线数；H为共轭转置；αl和α′l，以及βl和β′l分别代表第l条径的一组俯仰角和一组方位角。
6.根据权利要求2所述的信道估计方法，其特征在于，所述基于所述信号总强度，调整所述复参数的取值，直至所述实函数得到最优解，包括：
基于所述信号总强度，按照共轭梯度方向，调整所述复参数的取值，直至所述实函数得到最优解。
7.一种智能超表面结构，其特征在于，包括：若干RIS单元和信号检测模块；
若干所述RIS单元呈阵列状排布，构成智能超表面结构本体；
所述信号检测模块分散布置于不同的所述RIS单元中，用于检测所述RIS单元产生的信号强度；
其中，所述信号检测模块的数量少于所述RIS单元的数量。
8.根据权利要求7所述的智能超表面结构，其特征在于，还包括：获取模块和处理模块；
所述获取模块用于获取用户以及基站发送的同频的导频信号在所述智能超表面结构处产生的信号总强度；
所述处理模块用于基于所述信号总强度，得到所述智能超表面结构到所述用户之间的信道估计。
9.根据权利要求8所述的智能超表面结构，其特征在于，所述信号检测模块在所述智能超表面结构本体内规律的布置。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-6任一项所述的信道估计方法。
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