博士生王莹在IEEE TCOM上发表宽带毫米波通信角度估计论文

2025年8月，博士生王莹在戚晨皓教授的指导下，撰写的第一作者论文“Super-Resolution Angle Estimation for RIS-Aided Wideband mmWave Communications”被通信领域旗舰SCI期刊 IEEE Transactions on Communications 正式录用。论文的第一作者是博士生王莹同学，第二作者是王莹的导师戚晨皓教授，第三作者是加拿大纽芬兰纪念大学的Octavia A. Dobre教授，第四作者是美国休斯顿大学的Zhu Han教授。

在可重构智能表面（Reconfigurable Intelligent Surface，RIS）辅助的宽带毫米波通信系统中，为了确保毫米波波束可以精准地指向目标用户，需要对RIS与用户间通信链路的出发角（angle of departure，AoD）以及到达角（angle of arrival，AoA）进行高精度估计。波束角度的估计主要面临三大问题。第一个问题是波束扫描开销的降低，超大规模MIMO阵列所对应的DFT码本码字数量较大，基于码本进行全空间扫描需要较高的训练开销。第二个问题是量化角度误差的矫正，基于码本的波束扫描仅能采集到角度域中有限数量格点上的信息，当目标用户位于格点之间时，量化角度误差会造成波束增益损失。第三个问题是宽带系统中的波束斜视（beam squint）效应，由于RIS阵列中的无源器件仅能提供与频率无关的相移，不同子载波产生的波束会指向不同的方向，如何应对波束斜视效应十分重要。该研究聚焦于利用波束斜视效应，降低训练开销的同时，从有限的信息估计高精度波束角度，从而突破码本分辨率的限制。

图 1 RIS辅助的宽带毫米波通信系统示意图

针对RIS辅助的窄带系统，该论文提出了一个两步超分辨率角度估计（two-step super-resolution angle estimation，TS-SRAE）算法，利用低分辨率的宽波束码本扫描整个角度域获取信道信息，随后在算法第一步中，利用所获得的信道信息将选择出的最优宽波束细化为窄波束。第二步中，提出了一种角度量化误差校正方法，进行窄波束角度的细化，突破码本的固有分辨率，提高估计精度。

针对RIS辅助的宽带系统，如果直接使用TS-SRAE方案，波束斜视效应会导致角度估计精度的下降。为了利用波束斜视效应进一步降低训练开销，该论文设计了一种自适应码本用于替代宽波束码本，该码本将角度域分为中心区域和边缘区域。基于该自适应码本，论文提出了一种双区超分辨率角度估计（two-region super-resolution angle estimation，TR-SRAE）算法。在中心区域，利用中心子载波所获信息，仍沿用TS-SRAE算法进行角度估计；在边缘区域，我们将角度估计问题转化为最大化后验概率（Maximum A Posteriori，MAP）问题，并利用所提出的贝叶斯推理方法进行求解，仿真结果表明，TS-SRAE和TR-SRAE算法都能有效减少训练开销，提高角度估计精度和通信可达速率。