一种基于统计信道状态信息的可重构智能表面配置方法

技术特征：
1.一种基于统计信道状态信息的可重构智能表面配置方法，适用于如下系统模型，其中，基站具有n
b
个天线，服务k个单天线用户；基站采用时分双工模式区分信号的上下行，利用上下行信道的互易性，通过上行信道的信道状态信息直接计算下行信道的信道状态信息；可重构智能表面位于基站与用户之间，具有n
r
个可重构智能表面单元；可重构智能表面是一个矩形平面，分为μ轴和v轴，沿可重构智能表面μ轴的单元数量为n
r，μ
，沿可重构智能表面v轴的单元数量为n
r，v
，满足n
r
＝n
r，μ
n
r，v
；关注无线信道的直达径；在下行信道中，基站至可重构智能表面的直达径为其中a
b，r
的模为n
b
，a
r，b
的模为n
r
；基站和可重构智能表面的位置是固定的，基站可以提前获知直达径a
b，r
和a
r，b
；可重构智能表面至第k个用户的直达径为其中a
r，k
的模为n
r
；将可重构智能表面划分成μ轴和v轴，直达径其中的模为n
r，μ
，a
r，k，v
的模为n
r，v
，为矩阵的kronecker积；使用基于二叉树的分层码本的码字来近似直达径a
r，k，μ
和a
r，k，v
；基站具有深度为l
μ
的分层码本，该码本的第l
μ
层、第n
μ
个码字为其中l
μ
∈{0，1，...，l
μ
}，基站还具有深度为l
v
的分层码本，该码本的第l
v
层、第n
v
个码字为其中l
v
∈{0，1，
…
，l
v
}，在可重构智能表面辅助无线通信场景下，借助时分双工时上下行信道的互易性，在上行过程中利用改进的变分后验匹配法、参数估计法获取统计信道状态信息的估计值，在下行过程中利用统计信道状态的估计值、优化算法获得可重构智能表面配置，提升用户的下行接收速率。2.根据权利要求1所述的可重构智能表面配置方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：基站对用户进行编号，编号k∈{1，2，...，k}，其中k为用户数量；基站采用时分的方式依次调度用户进行上行通信；初始用户编号为k
←
1；步骤2：用户k持续地发射上行导频；基站接收经过可重构智能表面的上行导频，根据上行导频改变可重构智能表面的配置，估计统计信道状态信息χ
k
、κ
k
和其中为复数，n
r
为可重构智能表面单元数量，a
r，k
的模为n
r
；步骤3：用户编号k递增；若k≤k，重复步骤2、步骤3；步骤4：基站对用户进行分组；分组数量为j，分组为j∈1，2，
…
，j，分组中的用户数为k
j
，分组中的用户编号为k，k∈{1，2，
…
，k
j
}；对于分组中任意两个用户p和q，满足其中，h为共轭对称运算符；步骤5：基站计算针对用户分组中的可重构智能表面配置其中j∈{1，2，
…
，j}；步骤6：基站采用时分的方式依次与不同分组中的用户进行下行通信；初始用户分组编号为j
←
1；步骤7：基站将可重构智能表面配置为φ
j
，并与用户分组中的用户进行下行通信；
步骤8：用户分组编号j递增；如果统计信道状态信息χ
k
、κ
k
和a
r，k
发生变化，重复步骤1至步骤8；如果j≥j，重复步骤6至步骤8；其余情况重复步骤7、步骤8。3.根据权利要求2所述的可重构智能表面配置方法，其特征在于，步骤2中所述估计用户k的统计信道状态信息χ
k
、κ
k
和a
r，k
，具体不步骤为：步骤2.1：基站使用深度为l
μ
和l
v
的两个分层码本，分别对应a
r，k，μ
和a
r，k，v
；步骤2.2：基站获取用户k的位置先验；对于μ轴，基站根据位置先验从分层码本中挑选满足的先验概率大于0.99的(l
μ
，n
μ
)，记为同理，基站根据位置先验从分层码本中挑选满足的先验概率大于0.99的(l
v
，n
v
)，记为步骤2.3：基站设置观测时间t
←
0，设置中间变量τ
←
1、中间变量s
←
1；步骤2.4：基站递增观测时间t；步骤2.5：基站根据和计算可重构智能表面的配置，即为其中
⊙
为按位相乘运算符，*为共轭运算符，为可重构智能表面接收来自基站的信号时的下行信道矢量；步骤2.6：用户k发射上行导频其中t
ul
为导频长度，上行导频x的模等于p
ul
t
ul
，p
ul
为单个上行导频符号的功率；步骤2.7：基站接收信号为其中n
b
为基站天线数量；使用x
h
右乘y，使用左乘y，得到其中h为共轭转置运算符，为基站接收来自可重构智能表面的信号时的上行信道矢量；步骤2.8：基站使用观测{y
τ
，y
τ 1
，...，y
t
}和可重构智能表面配置{φ
τ
，φ
τ 1
，...，φ
t
}，利用改进的变分分层后验匹配法，计算和步骤2.9：如果连续3个观测时间和保持不变，进入步骤2.10；否则，重复执行步骤2.4至步骤2.9；步骤2.10：重复执行5次步骤2.4至步骤2.7；步骤2.11：基站根据和估计统计信道状态信息步骤2.12：基站根据观测{y1，y2，...，y
t
}和可重构智能表面配置{φ1，φ2，...，φ
t
}，计算中间变量和其中：其中：再估计统计信道状态信息χ
k
和κ
k
，分别为：
其中，n
b
是基站天线数量，n
r
是可重构智能表面单元数量，是上行基站接收噪声功率，p
dl，k
是下行基站发射功率，是下行用户k接收噪声功率。4.根据权利要求3所述的可重构智能表面配置方法，其特征在于，步骤2.8中所述基站采用的改进的变分分层后验匹配法，具体步骤为：步骤2.8.1：如果s＝1，跳转至步骤2.8.2；如果s＝2，跳转至步骤2.8.5；步骤2.8.2：使用观测{y
τ
，y
τ 1
，...，y
t
}和可重构智能表面配置{φ
τ
，φ
τ 1
，...，φ
t
}，利用变分推断法，计算满足的后验概率根据后验概率计算分层码本中每个码字的后验概率其中步骤2.8.3：步骤2.8.4：如果连续3个观测时间保持不变，s
←
2，τ
←
t 1，跳出步骤2.8；步骤2.8.5：使用观测{y
τ
，y
τ 1
，...，y
t
}和可重构智能表面配置{φ
τ
，φ
τ 1
，...，φ
t
}，利用变分推断法，计算满足的后验概率根据后验概率计算分层码本中每个码字的后验概率其中步骤2.8.6：5.根据权利要求3所述的可重构智能表面配置方法，其特征在于，步骤5中所述计算针对用户分组中的可重构智能表面配置φ
j
，具体步骤为：步骤5.1：初始化迭代编号i＝0、中间变量中间变量中间变量γ
(0)
＝0，其中是实数，k
j
是用户分组的用户数量；修正参数其中n
b
是基站天线数量，ψ是digamma函数；由于n
b-k
j
1∈{1，2，...，n
b
}，的取值是有限的，可以预先获得；步骤5.2：迭代编号i递增；步骤5.3：计算中间变量步骤5.4：引入辅助变量γ，中间变量α
(i)
为以下凸优化问题的解：
该优化问题可以转换成二阶锥问题，使用内点法即可求得中间变量α
(i)
；步骤5.5：计算中间变量步骤5.6：如果|γ
(i)-γ
(i-1)
|≥∈，重复步骤5.2至步骤5.6，其中∈为迭代误差；步骤5.7：可重构智能表面配置φ
j
为其中
⊙
为按位相乘运算符，*为共轭运算符，a
r，b
为可重构智能表面接收基站信号的下行信道矢量，为可重构智能表面接收基站信号的下行信道矢量，为四舍五入取整运算符，的第1至第n1元素为a
r，1
的第1至第n1元素，的第n1 1至第n1 n2元素为a
r，2
的第n1 1至第n1 n2元素
……
的第至第n
r
元素为的第至第n
r
元素。

技术总结
本发明属于无线通信技术领域，具体为一种基于统计信道状态信息的可重构智能表面配置方法。本发明方法是在可重构智能表面辅助无线通信场景下，根据时分双工时上下行信道的互易性，在上行过程中利用改进的变分后验匹配法、参数估计法获取统计信道状态信息的估计值，在下行过程中利用统计信道状态的估计值、优化算法获得可重构智能表面配置，提升用户的下行接收速率。本发明方法可以有效提升最低用户的平均接收速率。均接收速率。均接收速率。


技术研发人员：肖戈川 杨涛 吴晓峰 胡波
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：2022.06.23
技术公布日：2022/9/13