本發(fā)明涉及通信感知一體化，具體涉及一種云接入網(wǎng)中有源智能反射面輔助用戶到達(dá)角估計(jì)的方法。

背景技術(shù)：

1、在未來通信進(jìn)入后5g和6g時(shí)代之后，將產(chǎn)生一系列新興應(yīng)用場景包括自動(dòng)駕駛，工業(yè)自動(dòng)化，虛擬現(xiàn)實(shí)等等，這些場景對(duì)系統(tǒng)提出的要求不僅限于設(shè)備之間的相互通信，同時(shí)需要設(shè)備能夠?qū)χ車沫h(huán)境具有一定的感知能力。通信感知一體化技術(shù)，不僅能夠迎合新應(yīng)用場景對(duì)設(shè)備同時(shí)需要通信和感知能力的需求，同時(shí)能夠整合通信和感知系統(tǒng)，在保證通信質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)一定的對(duì)目標(biāo)的感知能力。云接入網(wǎng)(c-ran)將無線接入的網(wǎng)絡(luò)功能軟件化為虛擬化功能，并部署于標(biāo)準(zhǔn)的云環(huán)境中，能夠提升設(shè)計(jì)靈活性和計(jì)算可擴(kuò)展性，提升能效和減少集成成本。智能反射面(intelligent?reflecting?surface,irs)是由大量可重構(gòu)無源元件組成的平面陣列，其中每個(gè)元件能夠獨(dú)立于入射信號(hào)引起一定的相移，從而協(xié)同改變反射信號(hào)傳播，重構(gòu)整個(gè)無線信道環(huán)境，提高無線通信性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是通過云接入網(wǎng)(c-ran)框架下有源智能反射面(active-irs)輔助系統(tǒng)中的目標(biāo)定位的基本問題，同時(shí)利用智能反射面技術(shù)，提高通信性能。

2、一種在云接入網(wǎng)中有源irs輔助目標(biāo)到達(dá)角估計(jì)的方法，負(fù)責(zé)發(fā)送信號(hào)的rrh發(fā)射信號(hào)到k個(gè)目標(biāo)上，bbu池處理來自各個(gè)接收rrh的接收信號(hào)，通過在每次快拍時(shí)間內(nèi)調(diào)整irs的反射幅度和相位，利用原子范數(shù)最小化的方法估計(jì)目標(biāo)到各irs的到達(dá)角。

3、進(jìn)一步的，一種在云接入網(wǎng)中有源irs輔助目標(biāo)到達(dá)角估計(jì)的方法，具體包括如下步驟：

4、1.1)云接入網(wǎng)中有源irs輔助目標(biāo)到達(dá)角估計(jì)的系統(tǒng)包含一個(gè)bbu池，p個(gè)rrh，j個(gè)irs。bbu池和各個(gè)rrh之間采用有線前傳鏈路進(jìn)行信息傳遞，每個(gè)接收rrh配備由m根天線組成的均勻線性天線陣列(ula)，負(fù)責(zé)感知小區(qū)內(nèi)目標(biāo)角度信息。有源irs由n個(gè)反射單元組成。bbu池已知接收rrh到irs視距(los)信道的狀態(tài)信息，目標(biāo)與rrh之間被遮擋，發(fā)送rrh與irs之間被遮擋。

5、1.2)發(fā)送rrh發(fā)射信號(hào)到k個(gè)目標(biāo)上，目標(biāo)回波信號(hào)經(jīng)過irs反射后傳輸?shù)浇邮誶rh，bbu池同時(shí)處理來自p個(gè)rrh的接收信號(hào)，ρ表示信號(hào)傳輸功率，設(shè)第i次快拍時(shí)目標(biāo)反射信號(hào)為

6、si＝ρ[s1,i,s2,i,...,sk,i]t(i＝1,2,...,i)。

7、sk,i表示第i個(gè)快拍時(shí)第p個(gè)目標(biāo)的反射信號(hào)

8、1.3)第j個(gè)irs到第p個(gè)rrh的信道為

9、

10、其中是第lir條非視距路徑下第j個(gè)irs到第p個(gè)rrh的小尺度衰落系數(shù)，(lir＝1,2,…,lir-1)

11、

12、μ0表示參考距離為d0時(shí)的路徑損耗系數(shù)，dj,p表示第j個(gè)irs到第p個(gè)rrh路徑的距離，q為萊斯信道因子，lir表示總路徑數(shù)量，γj,p為第j個(gè)irs到第p個(gè)rrh路徑損耗系數(shù)，是第lir條非視距路徑復(fù)信道增益，τ～cn(0,1)；

13、是視距路徑下第j個(gè)irs到第p個(gè)rrh的大尺度衰落系數(shù)，

14、

15、第p個(gè)rrh到達(dá)角和第j個(gè)irs離開角的陣列響應(yīng)向量(lir＝0,1,…,lir-1)為

16、

17、其中，drrh表示rrh相鄰兩根天線的距離，dirs表示irs相鄰兩個(gè)反射元素的距離；λ表示載波波長；和分別表示第lir條路徑中第j個(gè)irs到第p個(gè)rrh的離開角和到達(dá)角；其中

18、

19、

20、和分別表示第j個(gè)irs到第p個(gè)rrh的非視距信道和視距信道矩陣。

21、1.4)所有目標(biāo)和第j個(gè)irs的信道為

22、

23、其中是視距路徑下目標(biāo)到第j個(gè)irs的大尺度衰落系數(shù)，

24、

25、第j個(gè)irs到達(dá)角的陣列響應(yīng)向量(j＝1,2,…,j)為

26、

27、表示所有目標(biāo)到第j個(gè)irs的到達(dá)角

28、

29、1.5)第j個(gè)irs控制矩陣可以表示為

30、

31、其中，vj,n和ωj,n分別表示第j個(gè)irs中n個(gè)反射元素的反射幅度和相位。

32、1.6)每個(gè)快拍irs改變l次反射系數(shù)rrh將l個(gè)信號(hào)形成矢量，所以irs接收到的第i次快拍信號(hào)為

33、

34、其中

35、

36、nj,i,1表示第i個(gè)快拍時(shí)第j個(gè)主動(dòng)反射面產(chǎn)生的噪聲，與輸入噪聲的有源irs元件的固有器件噪聲有關(guān)，其中表示噪聲功率，i是單位矩陣；nj,i,2表示第i個(gè)快拍時(shí)第j個(gè)主動(dòng)反射面的靜態(tài)噪聲，通?？梢院雎圆挥?jì)。

37、1.7)第p個(gè)rrh接收到的第i個(gè)快拍信號(hào)為

38、

39、其中

40、

41、np,i表示第i次快拍時(shí)第p個(gè)rrh接收到的高斯白噪聲，其中

42、1.8)第p個(gè)rrh接收到的i次快拍信號(hào)為

43、

44、第p個(gè)rrh的第m根天線接收的信號(hào)為np,m為irs和第p個(gè)rrh的第m根天線之間的信道的加性高斯白噪聲，

45、1.9)rrh接收到來自目標(biāo)的信號(hào)后，每個(gè)rrh將其量化，然后將量化信號(hào)發(fā)送到bbu池，首先將第p個(gè)rrh的第m根天線接受到的信號(hào)歸一化為

46、

47、其中ηp,m是一個(gè)比例因子；量化后的信號(hào)可以從歸一化信號(hào)中計(jì)算為：

48、

49、其中表示離x最近的整數(shù)。bp,m表示量化器對(duì)第p個(gè)rrh的第m根天線處的接收信號(hào)進(jìn)行量化時(shí)的分辨率。隨后量化后的信號(hào)將通過無差錯(cuò)的前傳鏈路發(fā)送到bbu池。

50、bbu池最終接受到的信號(hào)為

51、

52、進(jìn)一步的，云接入網(wǎng)中有源irs輔助目標(biāo)到達(dá)角估計(jì)的系統(tǒng)中，已知los信道中irs和rrh之間的角度和需要估計(jì)出目標(biāo)和所有irs之間的到達(dá)角具體步驟如下：

53、2.1)對(duì)nlos信道第p個(gè)rrh接收到的第l次反射面變化時(shí)的第i次快拍信號(hào)進(jìn)行變形

54、

55、ωj,l,i表示第i個(gè)快拍時(shí)第j個(gè)反射面的第l次變化時(shí)的反射系數(shù)。nlos信道第p個(gè)rrh接收到的第i次快拍信號(hào)為

56、

57、其中im是m行m列的單位矩陣；

58、

59、的定義為

60、

61、其中◇表示khatri-rao積，表示kronecker積，*表示共軛，t表示轉(zhuǎn)置。

62、2.2)為了估計(jì)接收信號(hào)yb的角度將yb改寫成

63、

64、其中

65、

66、s＝[s1,...,si]，(j＝1,2,…,j；p＝1,2,…,p)。

67、z1d,j(:,i)表示z1d,j的第i列(i＝1,2,…,i)。

68、2.3)定義組成z1d,j的原子集a1d,j(j＝1,2,…,j)

69、

70、表示的陣列響應(yīng)向量；

71、定義組成z2d,j,p的原子集a2d,j,p(j＝1,2,…,j；p＝1,2,…,p)

72、

73、和表示和的陣列響應(yīng)向量。

74、2.4)引出以下優(yōu)化問題

75、

76、其中λ1、λ2、λ3和λ4是正則化系數(shù)，

77、

78、是待優(yōu)化矩陣，是可以范德蒙分解的托普利茲矩陣，對(duì)t1d,j進(jìn)行范德蒙分解或者root-music得到估計(jì)角度

79、2.6)對(duì)t1d,j進(jìn)行范德蒙分解得到估計(jì)角度

80、

81、本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路：首先多天線遠(yuǎn)程射頻頭(rrh)發(fā)射信號(hào)到k個(gè)目標(biāo)上，各個(gè)接收(rrh)收到來自由irs的反射路徑回波信號(hào)，rrh將接收信號(hào)上傳給基帶處理單元池(bbu)，bbu從接收信號(hào)中估計(jì)目標(biāo)到各irs的到達(dá)角。

82、本發(fā)明的有益效果是通過doa估計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)其服務(wù)范圍內(nèi)沒有被遮擋的目標(biāo)的感知功能，在估計(jì)doa的基礎(chǔ)上，本發(fā)明可以同時(shí)估計(jì)los信道的doa和nlos的rrh-irs級(jí)聯(lián)信道，并且與其它算法相比較，本發(fā)明誤差更小、精度更高，可以提高通信性能，為未來的通信提供參考。