一种RIS辅助的多用户多天线通信与雷达频谱共享方法技术

本发明专利技术涉及一种RIS辅助的多用户多天线通信与雷达频谱共享方法，属于预编码设计技术领域。包括：1)设定设备天线数量及用户数量；2)生成RIS相位变换矩阵；3)优化RIS相位变换矩阵生成半正定松弛预编码协方差矩阵；4)生成预编码向量、重构半正定松弛预编码协方差矩阵；5)生成半正定松弛相位偏移矩阵；6)生成RIS的可变反射系数向量、重构RIS相位变换矩阵；7)计算当前状态下的基站对雷达干扰信号功率是否收敛，若是，则输出预编码向量、及RIS相位变换矩阵，结束本方法；若否，则跳至3)。所述方法能有效降低基站发射信号对雷达的干扰；通过联合设计基站预编码与RIS反射系数，能够有效提高雷达检测概率。测概率。测概率。

【技术实现步骤摘要】
一种RIS辅助的多用户多天线通信与雷达频谱共享方法


[0001]本专利技术涉及一种RIS辅助的多用户多天线通信与雷达频谱共享方法，属于预编码设计


技术介绍

[0002]随着移动通信数据速率需求的不断提升，美国通信技术委员会提出将3.5GHz处原用于雷达应用的150MHz频带共享给通信系统。雷达系统与通信系统间的同频共存可能会为二者带来较强的干扰，从而降低系统性能。
[0003]为降低雷达通信共存带来的性能损失，B.Li等人提出一种杂波环境下最大化雷达接收信干噪比的通信预编码方法，F.Liu等人针对下行多用户MIMO通信与MIMO雷达共存场景，通过设计通信预编码方案，在满足用户信干噪比约束的条件下最大化雷达探测概率，Z.Cheng和J.Qian等人分别基于克拉美罗下界和互信息对雷达发射波形、接收滤波器和通信码本进行设计，以最优化雷达性能。
[0004]近年来，可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)作为一种革命性技术，被广泛应用于通信系统中，以提升系统频谱效率和能量效率。通过自适应地调整相位偏移矩阵的每个单元，RIS反射信号可以与原有信号相加或相消，从而提升信号质量或消除干扰。然而，目前还没有文献将RIS应用于雷达通信共存的干扰消除中。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对多用户MIMO通信系统与MIMO雷达共存场景下通信系统会对雷达系统造成较强干扰，从而降低雷达探测性能的技术缺陷，提出一种RIS辅助的多用户多天线通信与雷达频谱共享方法，通过RIS与发射端联合预编码，降低通信系统对雷达系统的干扰，提升雷达探测概率。
[0006]一种RIS辅助的多用户多天线通信与雷达频谱共享方法，依托于共存系统设备，该共存系统设备包括通信系统与雷达系统；
[0007]其中，通信系统，包括基站、RIS、用户；雷达系统为MIMO雷达；
[0008]步骤一、设定通信系统与雷达系统共存系统设备天线数量及用户数量；
[0009]其中，基站天线的数量，记为N个，单天线用户的数量，记为K个，MIMO雷达探测远场中点状目标的天线的数量，记为M个，RIS单元数量，记为L个；
[0010]步骤二、基于RIS表面反射系数之间的关系生成RIS相位变换矩阵；
[0011]其中，RIS相位变换矩阵中的对角线元素为RIS的可变反射系数，其他元素为0；
[0012]步骤三、利用RIS相位变换矩阵求解优化问题得到半正定松弛预编码协方差矩阵，具体包括如下子步骤：
[0013]步骤3.A：设定用户接收信干噪比约束为不小于用户所需最低信干噪比；
[0014]其中，用户接收信干噪比是接收信号功率与干扰功率和噪声功率之和的比值，干扰由雷达干扰与多用户干扰组成；
[0015]步骤3.B：设定半正定松弛预编码协方差矩阵的迹约束为不大于基站最大功率；设定预编码协方差矩阵约束为自共轭矩阵、半正定矩阵且其秩为1；
[0016]其中，半正定松弛预编码协方差矩阵为K个用户的预编码协方差矩阵之和，预编码协方差矩阵为基站预编码向量与自身共轭转置相乘；
[0017]步骤3.C：依据步骤3.A中设定的用户接收信干噪比约束、步骤3.B中设定的半正定松弛预编码协方差矩阵的迹约束以及设定的预编码协方差矩阵约束，构建以最小化基站对雷达干扰信号功率为目标的基站预编码向量优化问题；
[0018]步骤3.D：将步骤3.C中得到的基站预编码向量优化问题，通过半正定规划进行优化，得到最优情况下的半正定松弛预编码协方差矩阵；
[0019]步骤四、对步骤三中得到的半正定松弛预编码协方差矩阵进行特征值分解，并取对应最大特征值的特征向量作为基站预编码向量，并将基站预编码向量与其共轭转置向量相乘得到重构半正定松弛预编码协方差矩阵；
[0020]步骤五、利用重构半正定松弛预编码协方差矩阵求解优化问题，得到优化后的半正定松弛相位偏移矩阵，具体包括如下子步骤：
[0021]步骤5.A：引入长度为L+1的辅助列向量半正定松弛相位偏移矩阵为辅助列向量与其自身共轭转置向量相乘；
[0022]其中，辅助列向量的前L个元素为RIS的可变反射系数，最后一个元素为1；
[0023]步骤5.B：设定半正定松弛相位偏移矩阵约束为半正定松弛相位偏移矩阵为自共轭且半正定矩阵，且矩阵内每个对角元素值均不大于1；
[0024]步骤5.C：根据步骤3.A中设定的用户所需最低信干噪比，设定用户接收信号功率约束为不小于用户最低接收信号功率阈值；
[0025]步骤5.D：依据步骤5.B中设定的半正定松弛相位偏移矩阵约束、步骤5.C中设定的用户接收信号功率约束，构建以最小化基站对雷达干扰信号功率为目标的RIS的可变反射系数优化问题；
[0026]步骤5.E：将步骤5.D中得到的可变反射系数优化问题，通过半正定规划进行优化，得到最优情况下的半正定松弛相位偏移矩阵；
[0027]步骤六、对步骤五中得到的半正定松弛相位偏移矩阵进行特征值分解，并取对应最大特征值的特征向量为RIS的可变反射系数向量，并将RIS的可变反射系数向量与其共轭转置向量相乘得到重构之后的RIS相位变换矩阵；
[0028]步骤七、计算当前状态下的基站对雷达干扰信号功率与上次迭代状态下的基站对雷达干扰信号功率差是否小于收敛精度阈值，若是，则输出基站预编码向量、RIS相位变换矩阵，结束本方法；若否，则跳至步骤三进行迭代计算；
[0029]至此，经过步骤一到步骤七，完成了一种RIS辅助的多用户多天线通信与雷达频谱共享方法。
[0030]有益效果
[0031]本专利技术提出的一种RIS辅助的多用户多天线通信与雷达频谱共享方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0032]1、通过联合设计基站预编码与RIS反射系数，能够有效降低基站发射信号对雷达
的干扰；
[0033]2、通过联合设计基站预编码与RIS反射系数，能够有效提高雷达检测概率。
附图说明
[0034]图1为本专利技术及实施例1中一种RIS辅助的多用户多天线通信与雷达频谱共享方法整体流程图；
[0035]图2为本专利技术一种RIS辅助的多用户多天线通信与雷达频谱共享方法及实施例1中求解半正定松弛预编码协方差矩阵流程图；
[0036]图3为本专利技术一种RIS辅助的多用户多天线通信与雷达频谱共享方法及实施例1中求解半正定松弛相位偏移矩阵流程图；
[0037]图4为本专利技术一种RIS辅助的多用户多天线通信与雷达频谱共享方法及实施例1中实施方法前后随着用户信干噪比要求变化时的雷达平均探测概率仿真结果图。
具体实施方式
[0038]下面结合附图和具体实施例对本专利技术所述的一种RIS辅助的多用户多天线通信与雷达频谱共享方法进行详细说明。
[0039]实施例1
[0040]本实施例详细阐述了本专利技术一种RIS辅助的多用户多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种RIS辅助的多用户多天线通信与雷达频谱共享方法，其特征在于：依托于共存系统设备，该共存系统设备包括通信系统与雷达系统；其中，通信系统，包括基站、RIS、用户；雷达系统为MIMO雷达；步骤一、设定通信系统与雷达系统共存系统设备天线数量及用户数量；其中，基站天线的数量，记为N个，单天线用户的数量，记为K个，MIMO雷达探测远场中点状目标的天线的数量，记为M个，RIS单元数量，记为L个；步骤二、基于RIS表面反射系数之间的关系生成RIS相位变换矩阵；步骤三、利用RIS相位变换矩阵求解优化问题得到半正定松弛预编码协方差矩阵，具体包括如下子步骤：步骤3.A：设定用户接收信干噪比约束为不小于用户所需最低信干噪比；步骤3.B：设定半正定松弛预编码协方差矩阵的迹约束为不大于基站最大功率；设定预编码协方差矩阵约束为自共轭矩阵、半正定矩阵且其秩为1；步骤3.C：依据步骤3.A中设定的用户接收信干噪比约束、步骤3.B中设定的半正定松弛预编码协方差矩阵的迹约束以及设定的预编码协方差矩阵约束，构建以最小化基站对雷达干扰信号功率为目标的基站预编码向量优化问题；步骤3.D：将步骤3.C中得到的基站预编码向量优化问题，通过半正定规划进行优化，得到最优情况下的半正定松弛预编码协方差矩阵；步骤四、对步骤三中得到的半正定松弛预编码协方差矩阵进行特征值分解，并取对应最大特征值的特征向量作为基站预编码向量，并将基站预编码向量与其共轭转置向量相乘得到重构半正定松弛预编码协方差矩阵；步骤五、利用重构半正定松弛预编码协方差矩阵求解优化问题，得到优化后的半正定松弛相位偏移矩阵，具体包括如下子步骤：步骤5.A：引入长度为L+1的辅助列向量半正定松弛相位偏移矩阵为辅助列向量与其自身共轭转置向量相乘；其中，辅助列向量的前L个元素为RIS的可变反射系数，最后一个元素为1；步骤5.B：设定半正定松弛相位偏移矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：费泽松，夏方昊，王新奕，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：