CN116057852A

CN116057852A - 用于可配置表面的信道估计

Info

Publication number: CN116057852A
Application number: CN202180053956.6A
Authority: CN
Inventors: 萨拉赫·埃德迪内·泽格拉尔; 丽莎·埃菲夫·奥马尔·谢哈布·埃尔丁; 侯赛因·阿尔斯兰
Original assignee: Vestel Elektronik Sanayi ve Ticaret AS
Current assignee: Vestel Elektronik Sanayi ve Ticaret AS
Priority date: 2020-09-01
Filing date: 2021-09-01
Publication date: 2023-05-02
Also published as: EP3962006A1; WO2022049112A1; KR20230058512A; JP2023538822A; KR102674410B1; US20230421412A1

Abstract

本公开涉及使用可(重)配置表面的通信系统的接收设备处的信道估计。信道估计包括波束成形搜索，以获得可配置表面的训练后的反射系数和信号在接收设备处的到达角AoA。然后，基于可配置表面以及接收设备处获得的AoA，推导出可配置表面的反射系数用于发射设备与可配置表面之间的理想信道部分。根据训练后的反射系数与估计后的反射系数之间的关系，执行发射设备与可配置表面之间的信道特性的估计。可以在用户移动性跟踪中使用这种信道估计。

Description

用于可配置表面的信道估计

技术领域

本公开涉及通信设备处的信道估计，这些设备通过可配置表面上的反射与其他通信设备进行通信。

背景技术

毫米波(Millimeter-wave，mmWave)通信已经成为5G通信系统的关键技术之一。虽然mmWave由于其较宽的信号带宽可以实现高数据速率和高频谱效率，但是通常会遭受严重的路径损耗和通信设备之间视线的阻挡。

可重配置智能表面(Reconfigurable intelligent surface，RIS)已经被讨论作为一种提高无线通信性能的技术。RIS的元素可以使入射波朝向任何期望的方向反射、折射、吸收或聚焦。这种功能可以有助于克服上面提到的mmWave传播条件问题，包括路径衰减和阻挡。

然而，由于RIS元素的无源(passive)性以及多输入多输出(multiple-inputmultiple-output，MIMO)系统产生的估计开销，RIS-辅助通信中的信道估计仍然是主要关注的问题。

发明内容

描述了用于在通信系统中估计信道的方法和技术，该通信系统包括经由可配置表面彼此通信的接收设备和发射设备。

本发明由独立权利要求的范围限定。有些进一步的示例性实施例是从属权利要求的主题。

根据实施例，提供了一种方法，用于在接收设备处估计发射设备与接收设备之间的信道(BS-UE)的特性，该信道包括可配置表面上的反射，该方法包括执行波束成形搜索以用于通过信道(BS-UE)进行信号传输，从而获得：可配置表面的训练后的反射系数，以及信号在接收设备处的到达角AoA；基于可配置表面的训练后的反射系数和在接收设备处获得的AoA，估计用于发射设备与可配置表面之间的理想信道(BS-RIS)的可配置表面的估计后的反射系数；以及根据训练后的反射系数与估计后的反射系数之间的关系，估计发射设备与可配置表面之间的信道(BS-RIS)的特性。

在参考附图考虑到以下描述和所附权利要求时，当前所公开主题的这些及其他特征和特性，以及操作的方法和结构的相关元素的功能连同部件的组合和制造的经济性将变得更加明显，所有的附图构成了本说明书的一部分。然而，应当清楚理解，附图仅仅是出于说明和描述的目的，并且不旨在作为对所公开主题的限制的定义。如说明书和权利要求书所用，除非上下文另有明确规定，否则单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数指代。

附图说明

对各种实施例的本质和优点的理解可以通过参考以下附图来实现。

图1是用于实施本公开的一些实施例的系统的示意图。

图2是说明用于信道估计的分级波束搜索算法过程的示意图。

图3是说明用于信道估计的装置的示例性实施方式的框图。

图4是说明用于信道估计和跟踪的方法的流程图。

图5是说明当G是具有5条路径的几何模型时用于理想信道G以及在方位角(azimuth)域(左图)和仰角(elevation)域(右图)中的主要波束图案的示意图。

图6是说明包括RIS在内的信道的接收机和发射机的通信设备的示意图。

根据某些示例实施方式，各个图中相同的附图标记和符号表示相同的元素。

具体实施方式

出于下文描述目的，术语“端”、“上”、“下”、“右”、“左”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“横向”、“纵向”及其派生词将与其在附图中被定向的所公开主题相关。然而，应当理解，所公开的主题可以假设各种替代的变型和步骤顺序，除非明确指定相反情况。还应当理解，附图中说明的以及以下说明书中描述的具体设备和过程仅仅是所公开主题的示例性实施例或方面。因此，除非另有指示，否则与本文所公开的实施例或方面相关的具体尺寸和其他物理特性不应被视为限制性。

除非明确这样描述，否则本文所用的方面、组件、元素、结构、动作、步骤、功能、指令和/或诸如此类不应该被解释为关键的或必要的。另外，如本文所用，冠词“一”和“一个”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”和“至少一个”可互换使用。此外，如本文所用，术语“集合”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目、相关和不相关项目的组合，和/或诸如此类)，并且可以与“一个或多个”或“至少一个”可互换使用。在旨在仅一个项目的情况下，使用术语“一个”或类似的语言。另外，如本文所用，术语“具有(has)”、“具有(have)”、“具有(having)”或诸如此类旨在是开放式术语。此外，除非另有明确说明，否则短语“基于”旨在意味着“至少部分地基于”。

可重配置智能表面(RIS)也被称为智能可重配置表面(IRS)。本文中，它们也被更简单地称为可重配置表面或可配置表面。换言之，可配置表面是包括多个具有可(重)配置反射特性的元素的表面。

通常，RIS是具有大量反射元素的均匀平面阵列。每个反射元素都适于被动地反射入射信号，并向其引入相移。与镜子相反，RIS能够调整反射角和电场强度。RIS技术可以支持MIMO系统控制和改善无线信道。可调整无源元素仅通过改变其相位和增益就可以单独地将入射的电磁(electro-magnetic，EM)波引向任何特定方向。调整这些元素可以允许使反射信号的多路径对齐，以便它们在接收机处被建设性地添加。使用适当的RIS尺寸和反射系数，反射信号是这种波束，其中波束的宽度与RIS的尺寸成反比。RIS元素被动地反射信号，它们易于实施，具有低成本部署，并且最重要的是不会造成噪声放大。

另一方面，RIS也带来了诸如信道估计的挑战。由于RIS由大量的无源元素构成，RIS-辅助的通信网络在可靠地估计信道方面上面临困难。为了克服这些困难，已经提出了一些信道估计技术，大多是遵循一些简化的假设。

在mmWave中，信道估计变得更加关键，很少有人关注这些高频段。在一些工作中，关于基站(base station，BS)与RIS之间的信道的先验知识。然而，考虑到信道BS-RIS是已知的和时不变的不太实际，因为mmWave信道对任何微小的变化都很敏感，这些微小变化可能是由BS与RIS之间的任何散射体引起的。此外，通过运用单个BS、RIS和用户设备(userequipment，UE)之间的mmWave MIMO信道的稀疏性，已经提出了一些两阶段级联信道估计协议。在接收阶段，引入了具有高角域信息的波束搜索方法；然后在发射阶段，提出了估计高分辨率级联信道的自适应网格匹配追踪算法。

这种信道估计技术取决于级联信道概念或者一些限制性假设，以用于估计信道BS-RIS-UE。由于RIS反射了信号并且将能量集中到具体方向，因此在估计过程中应该考虑UE的位置。UE位置可以随时间改变，以便用户跟踪可能会是期望的特征。此外，已经表明了路径损耗是RIS的反射系数的函数，当相位为信道估计而优化时，这些反射系数在信道估计过程中通常会被忽略。

本公开解决了mmWave RIS-MIMO系统中的信道估计、波束成形和用户跟踪。通过提供RIS设计与MIMO系统的关系，然后可以使用三阶段框架，这在其中一个实施例中举例说明。具体地，在一个实施例中，BS与RIS之间的信道使用分级波束搜索来估计。此外，在其他实施例中，RIS与用户之间的信道例如使用迭代分辨率算法来估计。在其他实施例中，使用跟踪算法以跟踪RIS与用户之间的信道参数。

可重配置(或可配置)智能表面(RIS)模型

图1说明了示例性通信系统100，其可以实施本公开的一些实施例。具体地，通信系统100包括基站(BS)110、RIS 120和用户设备(UE，也被称为用户或终端)135。通信系统仅是示例性的。通常，用于实施本发明的通信系统可以包括接收设备(移动式或固定式)、RIS和发射设备(移动式或固定式)。

图1中的BS 110是基站，诸如长期演进(long term evolution，LTE)或新空口(newradio，NR)或另一代系统的3GPP系统的eNB或gNB。换言之，BS可以是蜂窝无线系统的接入网节点。然而，BS也可以是局域网(LAN)的接入点(AP)，诸如例如根据IEEE 802.11标准的无线LAN。本文所呈现的实施例可以在诸如3GPP NR或IEEE 802.11be或其他新兴系统的系统中容易地使用。另一种可能性是在不存在或连接到某个网络基础设施的情况下将本公开使用于设备到设备通信中的两个设备之间的任何通信。

RIS 120是具有可配置的相移和可能/可选地可配置的衰减的无源反射元素的平面阵列。图1仅仅示意性地示出了具有3×3元素的正方形RIS，导致元素数量M_RIS＝9。然而，这只是示意性表示。实际上，RIS的尺寸可能大得多。例如，可以使用M_RIS＝16、64或256的尺寸，或者任何其他正方形尺寸。RIS不一定是正方形。它可以是矩形或具有任何其他形状。已经研究过几种不同的形状，诸如正方形、矩形、六边形、圆形等。

图1中的UE 135被说明为在时间t_k的特定位置的用户设备，其可以是在特定时间t_k+1朝向不同位置移动的移动设备UE 130。然而，本公开不限于此，并且，通常，UE 135可以是任何通信设备，诸如用于物联网(IoT)应用的机器类设备、基站、接入点、中继器或任何其他无线基础设施实体。通常，RIS 120可以同时反射指向不同接收设备的波束。

BS 110与RIS 120之间的信道被表示为G。RIS 120与UE 135之间的信道被表示为H。具体地，G和H是指描述各自信道特性的信道矩阵。信道矩阵规定了信道如何修改输入信号。例如，从多个天线发射的输入信号x(并且因此被表示为向量)乘以信道矩阵G，并加上噪声信号n(也是向量)，结果是信号y＝G·x+n(向量的大小对应于接收天线的数量)。因此，在本示例中，

和

分别表示BS-RIS与RIS-UE之间的信道(由信道矩阵表示)。符号M_BS和M_UE分别表示BS 110和UE 135处的天线(天线阵列元素)的数量。

在通信系统100中，不仅RIS 120，而且BS 110和UE 135都可以配备有等距均匀平面阵列(UPA)作为在天线元素之间具有半波长距离的天线结构。上行链路和下行链路传输可以使用时分双工(time-division duplex，TDD)协议，该协议运用信道互易性，用于在两个链路方向(诸如上行链路和下行链路，或者通常在通信实体之间的两个方向)上获取RIS120处的信道状态信息(channel state information，CSI)。典型地假设BS 110具有M_RF条射频(radio frequency，RF)链，其中，这些链的数量远小于天线阵列元素的数量且大于UE135的数量k，即k≤M_RF<<M_BS。UE 135被认为具有一条RF链。RIS 120可以被放置靠近UE侧且远离BS侧以降低(最小化)路径损耗效应。为了充分运用RIS 120的功能，BS 110与UE 135之间的信道路径在图1中被显示为由障碍物140阻挡。因此，在BS 110与UE 135之间没有视线(line of sight，LoS)。BS与RIS之间的距离被表示为d_g，而RIS与UE之间的距离被表示为d_h。

RIS元素可以被放置成均匀的矩形形状。例如，假设尺寸为N_RIS×N_RIS的正方形，则这些元素的反射系数M_RIS＝N_RIS ²可以由下面的反射系数矩阵表示：

其中，

是第(n，m)个RIS元素的反射系数，其中α_n,m∈[0,2π)表示由第(n，m)元素引起的相移，γ_n,m∈[0,1]代表反射增益。通常，假设单位反射增益是很好的近似：

索引n和m解决了相应的天线元素在RIS 120的UPA内的垂直和水平(行和列)坐标。

在便于计算方面，反射系数的另一种方便表示可以如下给出：

Θ＝diag{vec(φ)}， (等式#2)

这对应于对角线矩阵，对角线对应于向量化的矩阵φ。RIS 120的反射系数φ_n,m是可配置的，并且在一些实施例中可以由BS 110配置(设置)。

考虑到图1所示的系统模型，来自RIS 120的每个元素的反射信号可以被配置为相位对齐以增强接收信号功率。如W.Tang、M.Z.Chen、X.Chen、J.Y.Dai、Y.Han、M.Di、Y.Zeng、S.Jin、Q.Cheng及T.J.Cui的“具有可重配置智能表面的无线通信：路径损耗建模和实验测量(Wireless communications with reconfigurable intelligent surface:Path lossmodeling and experimental measurement)”arXiv preprint arXiv:1911.05326，2019年中所示，自由空间路径损耗可以进行计算，其通过引用纳入本文。

当假设信号将要朝向相同的位置反射，并且G是理想信道，即它具有单位增益时，具有最小路径损耗的信道可以被视为信道描述。然而，当假设G是稀疏信道，其中BS 110与RIS 120之间的LoS路径是主导路径时，观察到波束朝向与UE 135的位置不同的方向移位。稀疏信道具有较少数量的散射，导致少量的相关多径，这引起具有少量非零元素的信道表示。另一方面，当信道G的散射非常丰富时，UE 135将从RIS 120接收非常低的功率，使得RIS可能比普通反射器(金属表面、墙壁等)反射得更差。因此，对于成功的反射，G可以被单独地估计，然后在RIS 120处通过简单地反转其效果而被均衡。

在RIS 120处反射波束之后，UE 135估计并均衡H以成功完成通信。换言之，RIS120单独执行以下两种不同的操作：

1)累加，其收集由每个元素接收到的所有能量(导致增益与

成比例)，然后通过抵消信道G的影响来对齐它们。

2)波束成形/导向，RIS 120表现得像虚拟BS(通常是虚拟发射机)，并且将入射的电磁波聚焦或导向UE的位置。

如上面提到的，大多数已知方法认为UE 135是静止的，并且BS 110总是有着与RIS120的LoS。然而，这些假设是不现实的，并且倾向于限制RIS 120的使用。它们是由H_cascaded＝G·H给出的级联信道模型的结果。这种表示使得信道跟踪几乎不可能，因为H_cascaded的任何变化都可能是由于G或H或两者的变化而引起的。这里，由于是G而不是H影响RIS的相位，所以G可以被单独估计，并且估计H变得可行，这可以使能够跟踪UE 135。

BS-RIS信道和信道矩阵G

为了估计信道，训练(参考)符号s从BS 110被传送到UE 135。具体地，训练符号s可以经由用于用户135的正交预编码波束被传送，使得对系统中的其他用户没有用户间干扰。在这种假设下，在不失一般性的情况下，分析可以局限于一个代表性的UE 135。在平坦衰落和完美定时和频率同步的假设下，信道的稀疏性通过使用几何信道建模来利用。由信道矩阵

表示的模型可以如下给出为：

其中，L_g是在RIS 120处接收到的信道路径(即，BS 110与RIS 120之间的路径)的数量，

分别是在第l条BS-RIS-路径的RIS处的到达角(AoA)的仰角和方位角，

分别是从第l条BS-RIS-路径的基站的离去角(AoD)的仰角和方位角，并且z_g,l是在第l条路径处的BS-RIS之间的复信道系数。此外，

diag(z_g)是在其对角线上具有向量z_g的各元素z_g,l的对角矩阵，符号

表示RIS 120的UPA的阵列响应向量，以及符号

表示BS 110的UPA的阵列响应向量。从上面的记号中可以看出，上标B是指基站110(通常是发射设备)，R是指RIS 120，U是指UE 135(通常是接收设备)。

通常，UPA的阵列响应向量由下式表示：

其中

且

对于i∈{RIS,BS}。符号

表示克罗内克(Kronecker)积，λ是信号的波长，Nx和Ny分别表示UPA在垂直和水平维度上的元素数量，du和dv分别表示UPA在垂直和水平方向上的相邻元素之间的距离。相应地，

和

是由下式给出的矩阵：

对于i∈{RIS,BS}且j∈{R,B}。

注意，对于稀疏信道，路径L_g的数量远低于RIS处的天线元素的数量。例如，对于大约10个天线元素，可以考虑1或2条路径。

RIS-UE信道和信道矩阵H

类似地，

可以表示为：

其中，

分别是第l条RIS-UE-路径的仰角和方位角AoA，

分别是第l条RIS-UE-路径的仰角和方位角AoD。此外，

符号

表示UE135的UPA的阵列响应向量，L_h是RIS 120与UE 135之间的路径数量，

并且diag(z_h)是在其对角线上具有向量z_h的各元素z_h,l的对角矩阵

相应地，

和

是由下式给出的矩阵：

对于i∈{UE,RIS}且j∈{U,R}

BS-RIS-UE信道和信道矩阵H_eff

BS-RIS-UE之间的总信道

由下式给出：

其中，β(dg,dh,θdes,φdes)是如上述W.Tang等人的文献中计算的总路径损耗。也就是说，路径损耗通常是基站与RIS之间的距离dg、RIS与UE之间的距离dh(见图1)以及信号从RIS的离去角的函数。

信道估计框架

为了估计信道，(等式#6)中的有效信道可以在修改后的信道矩阵

和

方面重写如下：

其中，

以及

在这里，

其中，arg(z_g,l)表示系数

的相位。由于G直接负责改变RIS相位，因此，仅在z_g,l＝arg(z_g,l)方面上表示它可能更有意义，并且将信道增益|z_g|包括在H中。z包含信道H的信道系数z_h,l和信道G的信道增益|z_g,l|。

通常，修改后的信道矩阵

对应于通过将信道矩阵G的每元素的绝对值设置为1而从发射设备(110)与可配置表面(120)之间的信道的信道矩阵G获得的矩阵，并且还包括以下步骤：基于修改后的信道矩阵

确定修改后的信道矩阵

换言之，修改后的信道矩阵

仅考虑了由BS-RIS信道引起的相位变化。G的功率变化变成修改后的矩阵

的一部分。

以这种形式写入信道可以允许分别估计H和G。然后，可以使用分级波束搜索算法来估计BS-RIS信道G。此外，例如，可以运用从波束搜索算法得到的角度来估计RIS-UE信道H，以通过使用迭代重加权算法来仅估计信道路径系数。

BS-RIS信道估计

由于mmWave信道是稀疏的，并且BS-RIS的新

表示具有单位幅度(因为G信道系数被转移成被包括在信道H中，所以信道G变成具有仅相位和单位增益的

)，估计

的问题变成等价于每个路径的

的估计。换言之，

引起反射波束的移位，因此，估计这种移位导致估计

本身。这在以下三个步骤中执行，这将在下面更详细地描述：

1)估计用于由RIS 120反射的信号的AoA和AoD，

和

2)通过将角

和

代入到等式(等式16)中，获得在没有

的影响下的RIS的反射系数，然后从等式(等式2)中获得矩阵Θ。

3)然后，将如此获得的反射系数与由BS设置的最后系数进行比较，并且将它们的相位彼此相减以获得

估计到达角(AoA)和离去角(AoD)

通常，通过执行波束成形搜索(或波束成形训练)以用于通过BS-UE信道进行信号传输，可以获得可配置表面120的训练后的反射系数以及信号在接收设备135处的到达角(AoA)。

更具体地，

和

可以通过穷举波束搜索算法来确定。在穷举波束搜索算法中，可能角度被测试以找到一个最佳AoA和AoD。然而，这种方法由于其复杂度可能需要大量时间。

例如，如下面进一步解释的以及如图2所示，波束成形搜索可以基本上只是在RIS与UE之间执行。更具体地，基站处的

和RIS处的

可以在波束成形搜索期间保持固定。例如，基站和RIS的位置以及因此BS-RIS信道的最优AoD和AoD可能已知(例如，预定的)。然后，波束成形搜索可以通过调整RIS的相位(即，通过调整反射系数)来执行。换言之，在波束成形搜索中，RIS处的

可以改变，而RIS处的

可以保持固定。由此，可以确定对应于最佳波束方向的从RIS到UE的最佳AoD，其中术语“最佳(optimal)”指的是例如接收质量和/或信号在UE处的强度。因此，训练后的反射系数对应于来自在波束成形搜索期间找到的RIS的所述最佳AoD。然而，本发明不限于此。通常，训练后的反射系数可以通过波束成形搜索来获得，其中使用RIS处的不同

和/或RIS处的不同

例如，基站处的

和RIS处的反射系数可以变化，以便找到一对最佳的基站处的波束方向和RIS处的反射波束的波束方向。

相应地，在下文中，使用两阶段波束训练方法，包括主要波束搜索和辅助波束搜索，如W.Wu、D.Liu、Z.Li、X.Hou和M.Liu于澳大利亚新南威尔士州悉尼的IEEE第85届车辆技术会议(VTC春)发表的“用于mmWave海量MIMO系统的两阶段3D码本设计和波束训练(Two-stage 3D codebook design and beam training for millimeter-wave massive MIMOsystems)”2017年IEEE第1-7页中详细描述的，其通过引用纳入本文。然而，注意，本发明不限于这种波束训练方法，并且通常可以使用任何其他方法，包括上面提到的穷举搜索或其修改。

在下文中，简要总结了分级的两阶段波束训练方法。为了简单起见，训练过程仅以方位角来描述。类推地，可以推导出仰角的过程。图2说明了用于信道估计的分级波束搜索算法过程。主要码本生成基本定向波束。主要码本的相移数量可能非常有限，以便降低复杂度。小尺寸辅助码本提供集中于每个主要波束的更精细的波束。这里，术语“码本(codebook)”是指在没有信道状态信息的情况下的预定义的波束集。

在示例性实施方式中，主要搜索使用分级搜索以减少搜索时间。这里，在每一层使用双向(二叉)树搜索。让

表示第l层处的第n个波束向量的码字。相应地，码字

是关于波束向量(

i是RIS侧“r”或UE侧“u”，且l是层)的标量。波束向量指定形成波束的天线因子。在每一层l，只有2^l个天线被激活(在每个方向上，发射方向如图2的顶部所示，并且接收方向如图2的底部所示)。总的来说，将存在

个可能的波束，并且

每个亲代码字

具有两个子代码字

和

目的是通过对应于包括V层的主要波束搜索和包括V’层的辅助波束搜索的多个步骤来获得AoA角

和AoD角

如图2所示，层1(即，第一层)操作通过测试四个连续时隙中的四对可能的宽波束开始，其中RIS 120在反射模式下使用

(确定AOD)，UE 135在接收模式下使用

(确定AoA)。在层2中，使用更多的天线单元以生成四个较窄的波束，反射模式下的两个

接收模式下的两个

等，直到终止主要搜索的第V层为止。例如，两个波束(同样适用于反射和接收模式)通过筛选当前第l层的所有可能的波束图案以选择与前面第(l-1)层的最佳波束具有最大相似性的两个波束而获得。相似性可以通过任何相似性测量(度量)进行测量，例如，如上面的W.Wu等人所示，例如，通过比较波束的阵列因子。然而，本公开不限于比较阵列因子或任何特定相似性测量。

从第l层中得到的信号可以写成：

其中，

s＝[s₁,s₂,…,s_Z]^T是发射的训练符号的Zx1向量(在BS和UE处已知)，并且n是具有零均值和方差

的Z x1复高斯噪声向量。

在每一层l，我们搜索满足如下最高接收SNR的波束向量对

在主要波束搜索的V层之后，在接收主要阶段获得最优(最佳)波束向量对

主要码本可以以各种不同的方式选择，并且本公开不限于任何特定方法。通过仅示例的方式，K个波束图案的方位角中的主要码本矩阵τ——是可能移位的数量。即，离散移位是2pi/τ，并且N_RIS元素在上面提到的W.Wu等人的文献中给出如下：

其中，n＝0,1...N_RIS-1且k＝0,1...K-1。参数K可以取决于天线的设计(特性)。该码本可以被设计成使得它具有

个可能的状态(即，

个可能的波束)，并且完全跨越方位角范围。该设计通过选择期望的N、K和τ的值来实现。类似地，仰角中的主要波束码本矩阵由下式给出：

发射阶段在获取主要码本之后开始，其中，辅助波束搜索通过旋转主要波束以创建更高分辨率的辅助波束来执行。

具体地，预定义数量(诸如一个、两个或更多个)的辅助波束图案均匀且对称地分布在已知的最佳主要波束的两侧。这些波束限定了辅助码本。最后，当满足上述等式#9时，一对波束向量

被认为是基于辅助码本的对中的最佳对。如图2所示，例如，评估包括最佳主要波束以及RIS和US两侧的两个相邻波束(发射，Tx)和(接收，Rx)的9个波束对，以找到具有最大接收SNR的波束对。该波束可以做过选择，并且可以通过选择具有较高SNR潜力的波束方向并执行波束扫描以找到具有最大SNR的某一对来进一步继续搜索。如果SNR开始降低，则可以停止波束搜索。如对本领域技术人员而言清楚的，辅助搜索的变型是可能的。上述方法仅仅是为了说明一种可能性。通常，如图2所示，辅助搜索可以在V’层中执行。

由于最佳传输波束通过加权向量

表示，因此AoA和AoD两者均可以获得。使用等式#4、等式#10和等式#11，从RIS 120到UE 135的AoA可以被找到为：

换言之，AoA和AoD对应于在波束成形训练中找到的最佳接收机(UE)和发射机(RIS)波束的方向。

在本模型中，RIS 120被认为位于UE 135的附近。因此，可以假设UE的天线阵列总是平行于RIS，因此，

适用。换言之，可以估计可配置表面处的信号的AoD等于接收设备处的AoA。通常，可配置表面处的信号的AoD可以根据或基于接收设备处的AoA来估计。这可以基于RIS和UE的几何结构(诸如相互位置)的一些先验知识或估计。

一旦修改后的矩阵

根据一些实施例被估计，修改后的信道矩阵

就通过迭代重加权算法被确定。注意，本公开不限于迭代重加权算法。用于BS-RIS信道和RIS-UE信道的两个矩阵的分离使得有可能使用任何其他估计/确定算法进行矩阵

的确定。

估计的结果可以以许多不同方式使用。例如，信道估计可以在UE处用于信道均衡。可替选地或附加地，UE可以向基站报告信道估计或一些估计的信道参数，并且基站可以采取适当行动。例如，基站可以相应地配置其自身的传输特性，诸如离去角、和/或传输功率、和/或波束成形图案。

在一些实施例中，训练后的反射系数由发射设备来配置。注意，估计的信道特性可以被用于确定用于RIS的反射系数的新集合，并且相应地配置RIS。在一些实施例中，RIS的配置可以由BS(发射设备)根据从UE报告的信道估计来执行。然而，有可能由UE配置RIS。或者，如上面提到的，通常，本公开可应用于任何设备之间的通信，诸如其中不涉及诸如AP-STA或gNB-UE的层级的两个设备之间的直接通信。因此，原则上，接收设备或传输设备或两者都可以被允许通过重新设置RIS的反射系数来基于信道估计对RIS进行配置。

如上所述，在一些实施例中，波束成形搜索包括分级波束成形搜索，该搜索包括在多个(V个)层中执行波束成形搜索的第一阶段，其中对于多个层的第一层之后的每个当前层：(1)搜索预定义数量的波束，以在当前层中找到最佳波束，其中基于当前层的前一层的最佳波束来选择搜索到的预定义数量的波束；以及(2)与当前层的前一层相比，在当前层中增加有助于波束成形的天线数量。通常，搜索可以以主要搜索结束，并且在其中找到的最佳波束可以被采用以估计AoA和AoD、信道和/或反射系数。可替选地，一些其他搜索可以基于在主要搜索中找到的最佳波束来执行。本公开不限于任何特定其他波束搜索。

尽管如此，在一些实施例中，如上面提到的，分级波束成形搜索还包括搜索在第一阶段之后找到的波束附近的多个波束的第二阶段。次要搜索(第二阶段搜索)可以在最佳波束附近搜索预定数量b的波束。这种搜索可以迭代地执行不止一次，即在V’层中。例如，在这种次要搜索的每一层中，采用前一层的最佳波束，并且搜索最佳波束附近的b个波束。这可以被执行预定和固定的次数(例如，V’)，和/或如果接收到的质量(例如，SNR或SINR或其他信道质量度量)下降，则搜索可以终止。

“理想”反射系数的估计

通常，可配置表面120的理想反射系数可以基于可配置表面120的训练后的反射系数以及在接收设备135处获得的AoA来估计。这里，应当注意，术语“理想反射系数(idealreflection coefficient)”是指在理想信道BS-RIS的情况下可配置表面的反射系数。术语“理想信道(ideal channel)”在这里是指具有单位增益的信道(例如，相应信道矩阵的所有系数都具有1的绝对值)。

理想反射系数可以基于以下公式来估计：

以及

其中，

以及

Λ_x(.)和Λ_y(.)可以分别被视为方位角和仰角方向上的导向向量。注意，索引x和y表示RIS元素(在平面RIS的平面内)的位置。此外，

分别是仰角和方位角目的地角(这里对应于

)，并且

分别是入射在RIS上的仰角和方位角(这里对应于

)。此外，λ是信号波长的虚数单位，dx是在x方向(例如，垂直方向)上可配置表面的元素之间的间距，dy是在y方向(例如，水平方向)上可配置表面的元素之间的间距。具体地，y方向和x方向可以相对于彼此垂直。

通常，理想反射系数可以基于可配置表面处的AoA来估计。

例如，反射系数可以根据以下公式来估计：

以及

(等式16)

·φ_n,m是可配置表面的第(n，m)元素的反射系数，

·γ_n,m是可配置表面的第(n，m)元素的反射增益，γ_n,m是预定的，

·j是虚数单位(j²＝-1)，

·λ是信号的波长，

·dx是在x方向上可配置表面的元素之间的间距，

·dy是在y方向上可配置表面的元素之间的间距，

·

是可配置表面处的预定仰角AoA，

·

是可配置表面处的预定方位角AoA，

·

是可配置表面处的估计AoD的高度AoD，以及

·

是可配置表面处的估计AoD的方位角AoD。

这里，

是可配置表面处的仰角AoA，

是可配置表面处的方位角AoA。如上文所述，

是可配置表面处的仰角AoD，

是可配置表面处的方位角AoD，并且这些可以通过波束成形训练来获得。然后，

和/或

可以通过近似和/或考虑关于BS和RIS的相互位置的先前知识来获得。例如，在一些基于基础设施的无线网络中，BS的位置可以是固定的且为BS所知。此外，RIS的位置可以为BS所知。BS可以控制并且获知自身的UPA和RIS的UPA两者的方向。因此，基于BS和RIS的几何形状(近似的、测量的或已知的)，可以获得RIS处的

以及来自基站的

在简化的模型中，例如，AoA可以被认为是0(至少是仰角)。然而，这种假设不是必需的，并且可以考虑任何其他几何形状。等效于(等式#16)，反射系数可以根据以下公式来估计：

关于一些示例性的、可能的信道建模的其他细节可以在上面提到的W.Tang等人的文献中找到。

估计

通常，发射设备110与可配置表面120之间的信道BS-RIS的特性可以是根据训练后的反射系数与估计后的反射系数之间的关系(或涉及的关系)的方法。

更具体地，如果RIS相位被设置为将反射的信号的波束指向UE的位置

则波束将会失真，并且由于信道

的影响，辐射朝向不同的方向移位。在数学上，这可以表达为：

其中，G_opt是对应于基站与RIS之间的最佳(或理想)信道的信道矩阵，该信道是没有任何衰落的单路径信道。根据(等式#3)，G_opt可以写成

其中，

和

分别是用于理想信道的基站处的仰角和方位角AoD，

和

分别是用于理想信道的可配置表面处的仰角和方位角AOA，并且

是阵列响应向量，如例如在(等式#4)中定义的。角度

和

可以从RIS和基站的部署的几何图形获知。具体地，所述角度可以基于基站的位置、RIS的位置、基站的UPA的定向和/或RIS的UPA的定向来获得。还应注意，通常，z_g,opt可以被用于任意地(例如，在适当时)归一化信道矩阵。例如，如上面已经假设的，信道矩阵可以被归一化以具有单位增益。相应地，z_g,opt可以取决于a_MRIS的定义(特别是归一化)。例如，z_g,opt可以被设置为1(z_g,opt＝1)或设置为

因此，理想信道可以是自由空间信道，或者是只有一个非零分量的信道。例如，理想信道的脉冲响应可能是脉冲，这意味着信号被延迟、衰减或放大，但不会失真。在有些情况下，理想信道的信道矩阵还可以被认为是酉矩阵。

此外，Θ^V′是由BS在波束搜索过程的第V’阶段最后配置的相位集。角

是在RIS处的AoA，表示为上述在仰角和方位角方向上的

换言之，在BS与RIS之间存在多条路径的情况下，对于不同的路径，该角度可以不同。此外，

是RIS处的AoD，并且表示为上述

在RIS与UE之间存在多条路径的情况下，对于不同的路径，AoD也可以不同。

通过运用从(等式12)获得的角度并且将其代入下面的(等式13)，

可以被直接估计为：

或者，等效地，不考虑可能的多条路径，使用简化符号写为：

其中，

和

分别是距基站的仰角方位角AoD(这里也表示为

和

)；

和

分别是RIS处的仰角方位角AoA(这里也表示为

和

)；以及

和

分别是距RIS的仰角方位角AoD(这里也表示为

和

)。

注意，对于已知(例如，预定义的、估计的或由已知几何给出的)角度

(等式#18)变成

通过采取这种设计，信道G的效果是已知的，并且由RIS简单地通过设置Θ＝Θ^V′来控制，这导致：

其中，

可以被设置用于任何期望的位置θ_des、

并且信道估计问题被减至仅估计

换言之，根据一些实施例，用于非理想信道(BS-RIS)的估计特性是根据关系式(等式#18)获得的修改后的信道矩阵

其中：

-

是对角矩阵，在其对角线上包括估计后的反射系数，

-Θ^V′是对角矩阵，在其对角线上包括训练后的反射系数；以及

-(Θ^V′)^-1是对角矩阵Θ^V′的逆矩阵。

在一些实施例中，如上面提到的，

的效果是已知的，并且其效果可以在RIS处被消除。例如，RIS可以用如下反射系数Θ来配置(例如，由BS和/或由UE)：

这是通过以下考虑来获得的：为了消除

的效果，有效信道的结果应该如等式#19中给出，这等效于：

然后，以下可以被发现：

通常，可配置表面(120)的反射系数也可以根据

来设置，这可以结合(等式#18)从上述等式中推导出。

为了控制RIS，以这种方式，仅需要补偿G(例如，通过设置如上所示的反射系数)。H被留给用户(例如，UE)估计。换言之，在一些实施例中，BS可以控制RIS反射系数以补偿估计的信道

因此，BS与RIS之间的信道的相位修改可以通过调整RIS的反射系数来补偿。RIS与UE之间的信道的剩余影响以及BS与RIS之间的信道上的功率可以由UE依据估计修改后的信道矩阵进行补偿。

特别地，UE(通常是接收设备)可以被配置为向BS(通常是发射设备)发信号通知关于信道估计的一些信息。例如，这种信息可以是例如找到的最佳波束、和/或在波束搜索中找到的UE处的最佳AoA、和/或估计后的反射系数等。相应地，BS(通常是发射设备)可以被配置为接收信息并相应地配置可配置表面的反射系数。

RIS-UE信道的估计

不失一般性地，假设一条RF链在BS侧被激活，并且Z个符号被传送，在C.Hu、L.Dai、T.Mir、Z.Gao及J.Fang于2018年IEEE车辆技术期刊第67册第9期第8954-8958页的“用于具有混合预编码的mmWave海量MIMO的超分辨率信道估计(Super-resolution channelestimation for mmwave massive MIMO with hybrid precoding)”(通过引用纳入本文)中给出的信道估计模型在这里被采用以估计所有路径的路径增益。注意，这种估计仅仅是示例性的，并且其他方法可以应用于用BS-RIS信道的估计相位的知识来估计RIS-UE信道。

系统模型如下给出：

y＝Q^HH_effFs+Q^Hn， (等式#20)

其中，

是UE 135处的接收信号；其中

和

分别是混合组合和预编码器矩阵。UE处的接收信号可以明确表示为：

假设

其中每个元素x_i是第i个发射的符号。对于信道估计，已知索引处的已知符号被发射。对应于时隙u处发射的导频符号的每个接收信号给出为：

在U个时隙内，在每个时隙中发送U_p个不同导频序列，并且

y_p＝[y_p,1,y_p,2,...,y_p,U]^T且Q＝[q₁,q₂,...,q_U]^T。通过设置

和

我们得到：

使用mmWave信道是稀疏的这一事实，信道

的估计变得等效于z、Ψ_U和Ψ_R的估计，并且问题被公式化为：

其中，

表示非零元素的数量，即稀疏信道

的最稀疏解，

是用于

的估计信道矩阵，并且∈是估计误差容限。||.||_F表示Frobenius范数。

由于对数和惩罚更鼓励稀疏性，因此这里可以使用对数范数而不是

例如参见J.Fang、F.Wang、Y.Shen、H.Li及R.S.Blum于2016年IEEE信号处理汇刊第64卷第18期第4649-4662页的“用于线谱估计的超分辨率压缩感知：迭代加权方法(Super-resolutioncompressed sensing for line spectral estimation:An iterative reweightedapproach)”。此外，Ψ_U、Ψ_R两者均已经在前面部分中使用波束搜索算法获得，因此优化仅根据z来执行，并且问题P₁给出为：

其中，δ确保对数函数总是在其定义域内。除了最小化路径数量以外，还需要使信道估计误差最小化。因此，增加正则化参数ζ>0，并且P₂被重塑为以下优化问题：

结果是，P₃的最小化等效于迭代替代函数的最小化，如在上面提到的J.Fang等人的文献中可以看到：

其中，D⁽ⁱ⁾表达为：

以及

是z在第i次迭代的估计。然后，(等式#27)的优化变成如下：

其中，

对于优化(等式#30)，下一步骤获得的是：

因此，对应于在第i次迭代的

的最优估计的最优

由下式给出：

在这种迭代方法中，ζ被设计为自适应的以适应稀疏估计和快速搜索。

其中，

是比例因子，ζ_{max}使问题条件良好，并且r⁽ⁱ⁾是前一次迭代的平方残差。在诸如上述J.Fang等人的其他著作中详细研究了ζ。

信道跟踪

在估计信道参数(即，信道系数、AoA和AoD)之后，并且由于UE 135可以移动，因此可以使用信道跟踪方法以避免频繁的信道估计。信道跟踪典型地比完整的信道估计要快得多。它们使用来自先前信道估计的结果。

现有技术中存在许多如何执行信道跟踪的可能性。它们中的任何一种都可以应用于本公开的上下文中。存在显著快速、可靠和鲁棒的信道跟踪算法，其可以允许在mmWave通信系统中的发射机与接收机之间的有效数据传输。

在C.Zhang、D.Guo和P.Fan于马来西亚吉隆坡IEEE的IEEE国际通信会议(ICC)，2016年，第1-6页的“在移动mmWave信道中跟踪离去角和到达角(Tracking angles ofdeparture and arrival in a mobile millimeter wave channel)”中描述了mmWave系统中的示例性信道跟踪，其通过引用纳入本文。这种信道跟踪应用了扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filtering，EKF)以跟踪AoA/AoD，同时信道系数保持不变。该方法可以为具有低移动性的更稳定的环境提供良好的结果，然而当任务是在快速变化的信道环境中进行跟踪时，可能会出现一些困难，因为它需要全扫描的先决条件，这会引起长时间的测量。为了减少测量时间并且提供改进的跟踪算法，作者V.Va、H.Vikalo及R.W.Heath于2016年美国华盛顿州IEEE的IEEE信号与信息处理全球会议(Global SIP)院刊第743-747页提出了替代解决方案，该方案仅需要用EKF估计的单次测量以及波束切换设计。此外，Y.Yaplcl和I.

于美国加利福尼亚州太平洋格罗夫的第52届Asilomar信号、系统和计算机会议IEEE，2018年，第572-576页的“用于移动mmWave通信的低复杂度自适应波束及信道跟踪(Low-complexity adaptive beam and channel tracking for mobile mmWavecommunications)”中讨论了最小均方(Least Mean Square，LMS)和BiLMS(双向LMS)算法，其中在不完美的CSI条件下，两种算法与EKF算法相比都具有优势，同时随着SNR的增加而具有更快的收敛特性。相应地，在上述的信道估计之后，跟踪可以通过使用EKF或LMS跟踪算法来执行，因为它们可以提供低复杂度和良好性能。

跟踪算法开始于，根据来自信道估计器的估计的方位角和仰角AoA/AoD而设置一对发射和接收波束。在跟踪的同时，预测的信道参数应该保持接近于实际值，使得UE 135保持在波束宽度的一半以内。否则，如果跟踪不再可靠或者波束路径不再存在，则可以重新估计信道参数。具体地，在(等式#21)中给出了用于UE侧的接收信号符号周期的离散时间模型。

假设F中的每个向量由用于LoS路径的

给出。为了开始跟踪过程，测量函数应该被获知。从(等式#21)中，测量函数被用于跟踪观察信号，并且可以给出为：

其中，g_measure取决于信道参数，包括来自两个信道BS-RIS和RIS-UE的路径系数、方位角和仰角AoD/AoA角。上面提到的LMS或EKF算法可以被用于跟踪这些参数。

总之，提供了一种用于跟踪接收设备位置的方法，该方法包括：根据上面提到的实施例和示例中任何一个的用于在接收设备135处估计发射设备110于接收设备135之间的信道(BS-UE)的特性的方法，并且基于发射设备110与接收设备135之间的信道(BS-UE)的估计特性和/或修改后的信道矩阵

来跟踪通信设备的位置。

三阶段方法的总结

图4总结了示例性实施例，其利用上述对BS与RIS之间以及RIS与UE之间的信道的单独估计。在这种针对RIS-协助的通信网络的通用三阶段框架中，所有实际问题都可以在现实情景中加以考虑。即使所有RIS元素都是无源的，该方案也可以单独估计BS-RIS和RIS-UE信道两者。从使用分级波束搜索算法来估计BS-RIS信道G开始，然后通过采用迭代加权算法以仅估计信道路径系数来估计RIS-UE信道H，运用来自波束搜索算法的合成角。然后，所提出的方案使得RIS-协助通信能够跟踪移动用户。例如，使用诸如扩展卡尔曼滤波器(EKF)和最小均方(LMS)算法之类的公知算法来跟踪信道H的参数。

图4示出了说明三阶段RIS信道估计框架的方法的示例性流程图。

第一阶段是BS-RIS信道G的估计。它开始于找到RIS与UE之间的AoA/AoD。这个阶段包括主要波束搜索(具有层1至V)和辅助波束搜索(具有层1至V’)。在步骤410，波束搜索由主要搜索的层1发起，并且在主要搜索的V层和次要搜索的V’层上方继续420，直到次要搜索完成430为止。

图5说明了当G是具有5条路径的几何模型时的用于理想信道G以及在方位角域(左)和仰角域(右)中的主要波束图案。此外，在本示例中，主要波束图案N_RIS＝8、τ＝5，K＝10。

这种波束搜索的输出是Θ^V′以及

基于这些输出，估计作为BS与RIS之间的信道特性的修改后的信道矩阵

如等式#18所示。

第一阶段还可以包括根据下式来设置RIS的反射系数450：

第二阶段是估计RIS与UE之间的修改后的信道矩阵460。这个阶段的输入是接收信号Y、导频信号X、组合矩阵W、Ψ_U、Ψ_R、剪枝阈值(pruning threshold)z_th以及终止阈值∈。这个阶段的输出是所有路径的路径增益。示例性算法基于上述详细实施例在下面被概括为高级伪代码(pseudo-code)，例如，参考等式#32和等式#33：

该框架的第三阶段是跟踪信道H的信道参数470。信道跟踪470的输入是z_opt、θ和

这些参数通过使用例如EKF算法来更新。例如，观察信号使用等式#34来跟踪。更新和跟踪被重复直到有太多移动性为止480，在这种情况下，重复估计410-460。这里，术语“移动性(mobility)”可以包括UE移动，以及由其他因素引起的信道的较大变化。

注意，设置RIS相位的步骤450可以被执行，但不是必须被执行。这一步骤可以在任何阶段执行，例如，在估计之后或任何时候。更新或设置反射系数可以根据以下方法来执行。

用于设置可配置表面的反射系数的方法可以包括：执行波束成形搜索，用于通过发射设备与接收设备之间的信道(BS-UE)进行信号传输，该信道包括可配置表面上的反射，从而获得可配置表面的训练后的反射系数以及信号在接收设备处的到达角AoA。该方法还可以包括：从接收设备处的AoA估计信号在可配置表面处的离去角AoD；基于可配置表面以及在接收设备处获得的AoA，估计用于发射设备与可配置表面之间的理想信道(BS-RIS)的可配置表面的反射系数；根据训练后的反射系数与估计后的反射系数之间的关系，估计发射设备与可配置表面之间的信道(BS-RIS)的特性；以及根据下式，设置可配置表面的反射系数：

或者

其中，Θ^V′是包括在其对角线上的训练反射系数的对角矩阵；θ_des是可配置表面处的目标仰角AoD，

是可配置表面处的目标方位角AoD，

是可配置表面处的预定仰角AoA，

是可配置表面处的预定方位角AoA，

是可配置表面处的估计AoD的仰角AoD；并且

是可配置表面处的估计AoD的方位角AoD。

总之，估计G将消除BS与RIS之间的所有信道效应，从而通过改变RIS的相位容易地控制反射波束方向。此外，通过估计H，准确地恢复从BS发送到UE的信息是有可能的。换言之，估计的H或Heff可用于信道均衡。

硬件和软件中的实施方式

图6说明可以实施一些实施例的示例性装置。具体地，示出了接收设备600_Rx，其可以包括用于信道估计的装置，用于在接收设备处估计发射设备与接收设备之间的信道(BS-UE)的特性，信道包括可配置表面650上的反射。信道估计装置可以包括处理电路690，其被配置为控制接收设备的收发器670-680以执行波束成形搜索用于通过信道(BS-UE)进行信号传输，从而获得：可配置表面650的训练后的反射系数，以及信号在接收设备600_Rx处的到达角AoA。处理电路还可以基于可配置表面以及在接收设备600_Rx处获得的AoA，估计发射设备与可配置表面之间的理想信道(BS-RIS)的可配置表面的反射系数。此外，处理电路还可以根据训练后的反射系数和估计后的反射系数之间的关系，估计发射设备600_Tx与可配置表面之间的信道(BS-RIS)的特性。

如图6所示，在接收设备600_Rx中，处理电路690实施基带信号处理的功能。该处理电路可以是一个或多个软件和/或硬件的组合。上面示例性实施例和实施方式中描述的方法可以由基带信号处理部分实施。此外，接收设备600_Rx可以包括收发器，其可以进一步包括模拟射频(RF)组合器Q 670以及一条或多条RF链680。组合器670将接收到的模拟信号提供给一条或多条RF链。

注意，接收设备600_Rx可以包括本领域技术人员已知的其他部分，诸如执行编码和调制等的部分。

此外，图6示出了提供的发射设备600_Tx，其可以能够设置可配置表面650的反射系数。这种发射设备600_Tx可以包括处理电路610。改处理电路可以执行基带数字处理的功能。基带处理可以包括(处理电路610可以被配置为)：执行波束成形搜索用于通过发射设备600_Tx与接收设备600_Rx之间的信道(BS-UE)进行信号传输，该信道包括可配置表面上的反射，从而获得：可配置表面的训练后的反射系数，以及接收设备处的信号的到达角AoA。

处理电路(基带数字处理)还可以实施：估计可配置表面处的信号相对于接收设备处的AoA的离去角AoD；基于可配置表面以及在接收设备处获得的AoA，估计用于发射设备与可配置表面之间的理想信道(BS-RIS)的可配置表面的反射系数；以及根据训练后的反射系数与估计后的反射系数之间的关系，估计发射设备与可配置表面之间的信道(BS-RIS)的特性。

基于上述估计值，基带数字信号处理还可以包括：根据

设置可配置表面(120)的反射系数，其中，Θ^V′是对角矩阵，在其对角线上包括训练后的反射系数；θ_des是可配置表面处的目标仰角AoD；

是可配置表面处的目标方位角AoD；

是可配置表面处的预定仰角AoA，

是可配置表面处的预定方位角AoA；

是可配置表面处的估计AoD的仰角AoD；以及

是可配置表面处的估计AoD的方位角AoD。

从图6中可以看出，发射设备600_Tx还可以包括收发器。收发器可以包括一条或多条RF链620以及模拟波束成形模块630，其从RF链620接收信号并且生成模拟波束成形后的信号，该信号然后从发射设备600_Tx的UPA朝向接收设备600_Rx的可配置表面650发射。

注意，即使上述一些示例被描述有作为基站的发射设备和作为用户设备的接收设备，但是这也可以反过来。此外，在一些实施例中，每个BS和UE可以实施上述接收设备和发射设备两者。

图3A示出了发射和/或接收设备的示例性硬件结构。图3A说明了根据一些示例性实施例的设备350。设备350包括存储器310、处理电路320和无线收发器330，这些设备能够经由总线301彼此通信。设备350还可以包括用户接口340。然而，对于一些应用，用户接口340不是必要的(例如用于机器对机器通信或诸如此类的一些设备)。设备350可以是例如无线模块(诸如5G或Wi-Fi)或作为计算机的一部分(膝上型电脑或平板电脑)，它可以是移动电话、智能手机或其他便携式/个人设备等的一部分。

存储器310可以存储实施本公开的一些实施例的多个固件或软件模块。存储器310可以由处理电路320读取。由此，处理电路可以被配置为执行实施实施例的固件/软件。处理电路320可以包括一个或多个处理器，其在操作中执行任何上述方法的步骤。这对应于包括对应的功能模块(单元)的发射设备(装置)。

图3B示出了存储器310以及存储在其中的功能代码部分的示意性功能框图。当被执行在处理器320上时，功能代码部分执行如下相应功能。应用代码360实施波束搜索(例如，主要波束和次要波束搜索)。应用代码370实施BS与RIS之间的信道估计。应用代码380实施RIS与UE之间的信道估计。应用代码390可以实施信道跟踪。在上面已经描述了应用代码360至390的这些功能。取决于应用，本文所描述的方法(在发射机侧和接收机侧)可以通过各种手段来实施。例如，这些方法可以被实施在硬件、操作系统、固件、软件、或者其两者或全部的任何组合中。对于硬件实施方式，可以使用任何处理电路，其可以包括一个或多个处理器。具体地，硬件可以包括以下一个或多个：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、任何电子设备或被设计为执行上述功能的其他电子电路单元或元素。

如果被实施为程序代码，则由发射装置(设备)执行的功能可以作为一个或多个指令或代码被存储在非暂时性计算机可读存储介质上，诸如存储器310或任何其他类型的存储设备。计算机可读介质包括物理计算机存储介质，其可以是可由计算机或者通常由处理电路320访问的任何可用介质。这种计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、光盘存储器、磁盘存储器、半导体存储器或其他存储设备。一些特定且非限制性的示例包括压缩盘(CD)、CD-ROM、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、蓝光(BD)盘等。不同存储介质的组合也是可能的，换言之，可以使用分布式和异构存储设备。

上面提到的实施例和示例性实施方式示出了一些非限制性示例。应当理解的是在不脱离所要求保护的主题的情况下，可以进行各种修改。具体地，在不脱离本文所描述的中心概念的情况下，可以进行修改以使示例适应新的系统和场景。

实施例的主要内容

根据第一方面，提供了一种用于在接收设备(135)处估计信道(BS-UE)特性的方法。该信道在发射设备(110)与接收设备(135)之间，并且包括可配置表面(120)上的反射。所述方法包括：执行波束成形搜索以用于通过信道(BS-UE)进行信号传输，从而获得：i)可配置表面(120)的训练后的反射系数，以及ii)信号在接收设备(135)处的到达角AoA。此外，所述方法包括：基于可配置表面(120)的训练后的反射系数以及在接收设备(135)处获得的AoA，估计用于发射设备(110)与可配置表面(120)之间的理想信道(BS-RIS)的所述可配置表面(120)的估计后的反射系数。此外，所述方法包括：根据训练后的反射系数与估计后的反射系数之间的关系，估计发射设备(110)与可配置表面(120)之间的信道(BS-RIS)的特性。

根据除第一方面以外提供的第二方面，估计估计后的反射系数包括从接收设备(135)处的AoA中估计可配置表面处的信号的离去角AoD的步骤。此外，根据第二方面，估计估计后的反射系数基于可配置表面处的估计的AoD。

根据除第二方面以外提供的第三方面，反射系数是根据以下公式被估计的：

以及

其中

·φ_n,m是可配置表面的第(n，m)元素的反射系数，

·j是虚数单位，

·λ是信号的波长，

·dx是在x方向上可配置表面的元素之间的间距，

·dy是在y方向上可配置表面的元素之间的间距，

·

是可配置表面处的预定仰角AoA，

·

是可配置表面处的预定方位角AoA，

·

是可配置表面处的估计AoD的高度AoD，以及

·

是可配置表面处的估计AoD的方位角AoD。

根据除第三方面以外的第四方面，非理想信道(BS-RIS)的估计的特性是根据关系

而获得的修改后的信道矩阵

其中：

·

是对角矩阵，在其对角线上包括估计后的反射系数，Θ＝diag{vec(φ_n,m)}；

·

是发射设备(110)与可配置表面(120)之间的理想信道(BS-RIS)的信道矩阵，其中

和

分别是理想信道在基站处的仰角和方位角AoD，并且

和

分别是理想信道在可配置表面处的仰角和方位角AoA；

·Θ^V′是对角矩阵，在其对角线上包括训练后的反射系数；以及

·(Θ^V′)^-1是对角矩阵Θ^V′的逆矩阵。

根据除第四方面以外的第五方面，修改后的信道矩阵

对应于通过将信道矩阵G的每元素的绝对值设置为1而从发射设备(110)与可配置表面(120)之间的信道的信道矩阵G获得的矩阵。此外，根据第五方面，所述方法包括以下步骤：基于修改后的信道矩阵

确定修改后的信道矩阵

根据除第五方面以外的第六方面，修改后的信道矩阵

通过迭代重加权算法来确定。

根据除第六方面以外的第七方面，训练后的反射系数由发射设备来配置。

根据除第一至第七方面中任一项以外的第八方面，波束成形搜索包括分级波束成形搜索，所述分级波束成形搜索包括在多个V层中执行波束成形搜索的第一阶段。具体地，对于所述多个层的第一层之后的每个当前层：i)搜索预定数量的波束以在当前层中找到最佳波束，其中，搜索到的预定数量的波束中的波束基于当前层的前一层的最佳波束来选择；以及与当前层的前一层相比，在当前层中增加有助于波束成形的天线的数量。

根据除第八方面以外的第九方面，分级波束成形搜索还包括搜索在第一阶段之后找到的波束附近的多个波束的第二阶段。

根据第十方面，提供了一种用于跟踪接收设备位置的方法。所述方法包括：根据第一至第九方面中任一项的方法，用于在接收设备(135)处估计发射设备(110)与接收设备(135)之间的信道(BS-UE)的特性。此外，根据第十方面所述方法包括：基于发射设备(110)与接收设备(135)之间的信道(BS-UE)的特性和/或修改后的信道矩阵

跟踪通信设备的位置。

根据第十一方面，提供了根据第十方面的方面，用于使用基于扩展卡尔曼滤波或最小均方LMS的跟踪来跟踪接收设备的位置。

根据第十二方面，提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品包括包含代码指令的非暂时性计算机可读介质，当在一个或多个处理器上执行时，所述代码指令致使所述一个或多个处理器执行根据第一至第十一方面中任一个的方法。

根据第十三方面，提供了一种用于在接收设备(135)处估计信道(BS-UE)的特性的装置。信道在发射设备(110)和接收设备(135)之间，并且包括可配置表面(120)上的反射。所述装置包括处理电路。处理电路被配置为：控制接收设备(135)的收发器执行波束成形搜索以用于通过信道(BS-UE)进行信号传输，从而获得：i)可配置表面(120)的训练后的反射系数，以及ii)信号在接收设备(135)处的到达角AoA。此外，处理电路被配置为：基于可配置表面(120)以及在接收设备(135)处获得的AoA，估计用于发射设备(110)与可配置表面(120)之间的理想信道(BS-RIS)的所述可配置表面(120)的估计后的反射系数。此外，处理电路被配置为：根据训练后的反射系数与估计后的反射系数之间的关系，估计发射设备(110)与可配置表面(120)之间的信道(BS-RIS)的特性。

根据第十四方面，提供了一种通信设备。所述通信设备包括：用于根据第十三方面的信道估计的装置；以及收发器。

根据第十五方面，提供了一种方法，用于由发射设备(110)设置可配置表面(120)的反射系数。所述方法包括：执行波束成形搜索以用于通过发射设备(110)与接收设备(135)之间的信道(BS-UE)进行信号传输，其中信道包括可配置表面(120)上的反射。通过执行波束成形搜索，获得i)可配置表面(120)的训练后的反射系数，以及ii)信号在接收设备(135)处的到达角AoA。此外，所述方法包括：从接收设备(135)处的AoA估计信号在可配置表面处的离去角(AoD)。此外，所述方法包括：基于可配置表面(120)以及在接收设备(135)处获得的AoA，估计用于发射设备(110)与可配置表面(120)之间的理想信道(BS-RIS)的所述可配置表面(120)的估计后的反射系数。此外，所述方法包括：根据训练后的反射系数与估计后的反射系数之间的关系，估计发射设备(110)与可配置表面(120)之间的信道(BS-RIS)的特性。此外，所述方法包括：根据

设置可配置表面(120)的反射系数，其中：

·Θ^V′是对角矩阵，在其对角线上包括训练后的反射系数，

·θ_des是可配置表面(120)处的目标仰角AoD，

·

是可配置表面(120)处的目标方位角AoD，

·

是可配置表面处的预定仰角AoA，

·

是可配置表面处的预定方位角AoA，

·

是可配置表面处的估计AoD的仰角AoD，以及

·

是可配置表面处的估计AoD的范围AoD。

此外，提供了相应的方法，包括由上面提到的处理电路实施方式中的任一个执行的步骤。

更进一步，提供了一种计算机程序，被存储在非暂时性介质上，并且包括代码指令，所述代码指令在由计算机或由处理电路执行时，执行上面提到的方法中任一个的步骤。

根据实施例，在集成电路IC中实现处理电路和/或收发器。

虽然出于说明的目的，基于当前被认为是最实用和优选的实施例，已经详细地描述了所公开的主题，但是应当理解，这样的细节仅仅是为了该目的，并且所公开的主题不限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖在所附权利要求的精神和范围内的修改和等效布置。例如，应当理解，当前所公开的主题考虑到在可能的程度上，任何实施例的一个或多个特征可以与任何其他实施例的一个或多个特征结合。

Claims

1.一种方法，用于在接收设备(135)处估计发射设备(110)与接收设备(135)之间的信道(BS-UE)的特性，所述信道包括可配置表面(120)上的反射，所述方法包括：

执行波束成形搜索以用于通过信道(BS-UE)进行信号传输，从而获得：

-可配置表面(120)的训练后的反射系数，以及

-信号在接收设备(135)处的到达角AoA；

基于在接收设备(135)处获得的AoA，估计用于发射设备(110)与可配置表面(120)之间的理想信道(BS-RIS)的所述可配置表面(120)的估计后的反射系数；以及

根据训练后的反射系数与估计后的反射系数之间的关系，估计发射设备(110)与可配置表面(120)之间的信道(BS-RIS)的特性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

估计所述估计后的反射系数：

-包括以下步骤：从接收设备(135)处的AoA估计可配置表面处的信号的离去角AoD；以及

-基于可配置表面处的估计后的AoD。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，

所述反射系数是根据以下公式来估计，

以及

其中

-φ_n,m是所述可配置表面的第(n，m)元素的反射系数，

-γ_n,m是所述可配置表面的第(n，m)元素的反射增益，γ_n,m是预定的，

-j是虚数单位，

-λ是信号的波长，

-dx是在x方向上可配置表面的元素之间的间距，

-dy是在y方向上可配置表面的元素之间的间距，

-

是可配置表面处的预定仰角AoA，

-

是可配置表面处的预定方位角AoA，

-

是可配置表面处的估计AoD的高度AoD，以及

-

是可配置表面处的估计AoD的方位角AoD。

4.根据权利要求3所述的方法，其中

估计后的非理想信道(BS-RIS)的特性是根据以下关系获得的修改后的信道矩阵

其中：

-

-

和

分别是理想信道在基站处的仰角和方位角AoD，并且

和

分别是理想信道在可配置表面处的仰角和方位角AoA；

-(Θ^V′)^-1是对角矩阵Θ^V′的逆矩阵。

5.根据权利要求4所述的方法，其中

所述修改后的信道矩阵

对应于通过将信道矩阵G的每元素的绝对值设置为1而从发射设备(110)与可配置表面(120)之间的信道的信道矩阵G获得的矩阵，以及

所述方法还包括以下步骤：基于修改后的信道矩阵

确定修改后的信道矩阵

6.根据权利要求5所述的方法，其中，修改后的信道矩阵

通过迭代重加权算法来确定。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，

所述训练后的反射系数由发射设备来配置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述波束成形搜索包括分级波束成形搜索，所述分级波束成形搜索包括在多个V层中执行波束成形搜索的第一阶段，其中对于所述多个层的第一层之后的每个当前层：

-搜索预定数量的波束以在当前层中找到最佳波束，其中，基于当前层的前一层的最佳波束来选择搜索到的预定数量的波束中的波束；以及

-与当前层的前一层相比，在当前层中增加有助于波束成形的天线的数量。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述分级波束成形搜索还包括搜索在第一阶段之后找到的波束附近的多个波束的第二阶段。

10.一种方法，用于跟踪接收设备的位置，所述方法包括：

根据权利要求1至9中任一项所述的方法，用于在接收设备(135)处估计发射设备(110)与接收设备(135)之间的信道(BS-UE)的特性，以及

基于发射设备(110)与接收设备(135)之间的信道(BS-UE)的特性和/或修改后的信道矩阵

跟踪所述通信设备的位置。

11.根据权利要求10所述的方法，用于使用基于扩展卡尔曼滤波或最小均方LMS的跟踪来跟踪接收设备的位置。

12.一种计算机程序产品，包括包含代码指令的非暂时性计算机可读介质，所述代码指令当在一个或多个处理器上执行时致使所述一个或多个处理器执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。

13.一种装置，用于在接收设备(135)处估计发射设备(110)与接收设备(135)之间的信道(BS-UE)的特性，所述信道包括可配置表面(120)上的反射，所述装置包括：

处理电路，被配置为：

控制接收设备(135)的收发器执行波束成形搜索以用于通过所述信道(BS-UE)进行信号传输，从而获得：

-可配置表面(120)的训练后的反射系数，以及

-信号在接收设备(135)处的到达角AoA；

14.一种通信设备，包括：

用于根据权利要求13所述的信道估计的装置；以及

收发器。

15.一种方法，用于由发射设备(110)设置可配置表面(120)的反射系数，所述方法包括：

执行波束成形搜索以用于通过发射设备(110)与接收设备(135)之间的信道(BS-UE)进行信号传输，所述信道包括可配置表面(120)上的反射，从而获得：

-可配置表面(120)的训练后的反射系数，以及

-信号在接收设备(135)处的到达角AoA；

从接收设备(135)处的AoA估计信号在所述可配置表面处的离去角AoD；

基于在接收设备(135)处获得的AoA，估计用于发射设备(110)与可配置表面(120)之间的理想信道(BS-RIS)的所述可配置表面(120)的估计后的反射系数；

根据训练后的反射系数与估计后的反射系数之间的关系，估计发射设备(110)与可配置表面(120)之间的信道(BS-RIS)的修改后的信道矩阵

其仅考虑由BS-RIS信道引起的相位变化；以及

根据以下，设置可配置表面(120)的反射系数

其中，

-

是发射设备(110)与可配置表面(120)之间的理想信道的信道矩阵，

-

和

分别是用于理想信道在基站处的仰角和方位角AoD，

-

是对角矩阵，在其对角线上包括对应于角度

θ_des和

的反射系数，

-θ_des是可配置表面(120)处的目标仰角AoD，

-

是可配置表面(120)处的目标方位角AoD，

-

是可配置表面处的预定仰角AoA，以及

-

是可配置表面处的预定方位角AoA。