In this paper, we investigate the problem of pilot optimization and channel estimation of two-way relaying network (TWRN) aided by an intelligent reflecting surface (IRS) with finite discrete phase shifters. In a TWRN, there exists a challenging problem that the two cascading channels from source-to-IRS-to-Relay and destination-to-IRS-to-relay interfere with each other. Via designing the initial phase shifts of IRS and pilot pattern, the two cascading channels are separated by using simple arithmetic operations like addition and subtraction. Then, the least-squares estimator is adopted to estimate the two cascading channels and two direct channels from source to relay and destination to relay. The corresponding mean square errors (MSE) of channel estimators are derived. By minimizing MSE, the optimal phase shift matrix of IRS is proved. Then, two special matrices Hadamard and discrete Fourier transform (DFT) matrix is shown to be two optimal training matrices for IRS. Furthermore, the IRS with discrete finite phase shifters is taken into account. Using theoretical derivation and numerical simulations, we find that 3-4 bits phase shifters are sufficient for IRS to achieve a negligible MSE performance loss. More importantly, the Hadamard matrix requires only one-bit phase shifters to achieve the optimal MSE performance while the DFT matrix requires at least three or four bits to achieve the same performance. Thus, the Hadamard matrix is a perfect choice for channel estimation using low-resolution phase-shifting IRS.


翻译:在本文中,我们调查双向中继网络(TRWN)的试点优化和频道估算问题,在智能反射表面(IRS)的帮助下,对双向中继网络(TRWN)进行了智能反射表面(IRS)的模拟。在TRWN中,存在一个具有挑战性的问题,即两个从源到源到IRS的中继和目的地到IRS的中继渠道的分级渠道相互干扰。通过将IRS和试点模式的初始阶段转换设计,两个分级的渠道通过使用简单的算术操作(如增减)而分离。然后,采用最差的平方估计仪来估计两个分解的渠道和从源到中继和目的地的两个直接渠道。从源到中继的两个渠道的对应的平均平方差(MSE),通过最小化最小化的阶段转换矩阵来证明IRS的最佳阶段矩阵。然后,两个特别的Hadmard和离子 Fourier变式(DFT)矩阵通过使用简单的算算法操作来分离。此外,使用离散的最小的缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩的估算器来估算系统(IRSMT)矩阵的IRS)只能算算算算进到最精确到最精确的三阶段。

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