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智能反射面| MISO系统的信道估计:级联信道与压缩感知

B417科研笔记 发布时间:2020-03-25 00:20:28 ,浏览量:5

MISO系统的智能反射面信道估计:级联信道与压缩感知
  • 前言
    • 系统模型
    • 信道模型
    • 级联信道
    • 信道估计
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前言

原文:《Compressed Channel Estimation and Joint Beamforming for Intelligent Reflecting Surface-Assisted Millimeter Wave Systems 》 地址:https://arxiv.org/abs/1911.07202

这篇文章考虑的是智能反射面(IRS)辅助的mmWave MISO系统的信道估计问题。作者将BS-IRS、IRS-UE两个信道级联成一个等效信道,利用级联信道的稀疏结构将估计值转化为压缩感知问题。

系统模型

在这里插入图片描述 考虑到实际很多情况下,基站到用户的直射路径是被障碍物遮蔽的,本文忽略了直接链路,估计的信道有:基站到反射面 G G G、反射面到用户 h r {h_r} hr​。

考虑下行链路估计,第t时刻,用户端接收到的信号: 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 这表示IRS的相移矩阵, θ m {\theta _m} θm​、 β m {\beta _m} βm​表示IRS第m个反射元素的相移和幅值系数,为了简化问题,假设 β m {\beta _m} βm​=1。

式中的 H ≜ d i a g ( h r H ) G H \triangleq diag(h_r^H)G H≜diag(hrH​)G是级联信道,在用户端单天线的情况下, h r {h_r} hr​信道是一个向量形式,因此可以做这样的变换。如果用户端是多天线,信道是矩阵的情况下就行不通了。

信道模型

考虑窄带的情况并且IRS为UPA情形,BS-IRS信道可以如下建模: 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 考虑到mmWave信道的稀疏性,路径L数很少,G可以这样表示: 在这里插入图片描述 这里的 F L {F_L} FL​矩阵每一列都是由取不同 ϕ l {\phi _l} ϕl​取值的 ∂ t ( ϕ l ) {\partial _t}({\phi _l}) ∂t​(ϕl​)组成, F x {F_x} Fx​、 F y {F_y} Fy​同理。 ⊗ \otimes ⊗表示克罗内克积, ∑ \sum\limits_{}^{} {} ∑​是路径增益对应的稀疏矩阵。

接下来反射面到用户信道的建模与上面类似: 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

级联信道

在这里插入图片描述 上式包括克罗内克积和Khatri-Rao积的相关运算,具体知识可查阅张贤达老师的《矩阵分析与应用》。

总之,经过一系列运算后,得到了级联信道H的稀疏表示。接下来,文章中还对这种稀疏表示进行了简化,去除了大量的冗余列。(具体简化的证明可参照原文后的附录)

信道估计

接下来便是利用级联信道的稀疏结构将估计值转化为压缩感知问题。 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 上面这个式子已经把信道估计问题转化为稀疏信号恢复的问题,许多经典压缩感知算法,如OMP、BP等都可以用来估计稀疏信号X。

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