一种基于信干噪比下界的波形生成方法技术

本发明专利技术公开的一种基于信干噪比下界的波形生成方法，属于无线通信技术领域。本发明专利技术的一种基于信干噪比下界的波形生成方法首先分别构造通信与雷达架构，确定通信的优化性能目标及性能目标的下界，确定雷达的优化性能目标，联合优化通信和雷达的性能目标，最终得出基于通信的信干噪比SINR下界的最优的基带预编码器。本发明专利技术通过构造信干噪比的二次型特征的下界，采用牛顿的最速下降梯度法对信干噪比的二次型特征的下界进行优化，实现多用户系统下联合通信与雷达感知功能，生成鲁棒性好且效率高的波形。率高的波形。率高的波形。

【技术实现步骤摘要】
一种基于信干噪比下界的波形生成方法


[0001]本专利技术涉及一种基于信干噪比下界的波形生成方法，尤其涉及用于多用户通信感知一体化系统或多天线通信系统的一种基于信干噪比下界的基带预编码器构建方法，属于无线通信


技术介绍

[0002]独立的通信和雷达感知系统将在不久融合为统一的系统，无论是在硬件模块还是信号处理手段上二者拥有诸多的共通性，而且，一体化系统有利于提高系统整体性能和频谱共享。
[0003]B.Li等人在(“Optimum co
‑
design for spectrum sharing between matrix completion based MIMO radars and a MIMO communication system,”IEEE Trans.Signal Process.,vol.64,pp.4562
–
4575,Sep.2016.)采用凸优化实现联合通信和雷达波形的技术方案。然而，在多用户通信系统中，多用户干扰使得信干噪比不具备凸性，因此联合通信和雷达波形变得更为困难。
[0004]目前，尚有一些方案解决多用户系统实现联合通信与雷达一体化的功能。F.Liu等人在(“MIMO radar and cellular coexistence:A power
‑
efficient approach enabled by interference exploitation,”IEEE Trans.Signal Process.,vol.66,pp.3681
–
3695,Jul.2018.)中在保证一定的信干噪比的情况下最小化发送功率，实现能源利用率的提高。然而，该方案需要对信干噪比设定特定的门限，在信道信息未知的情况下，该门限无法获得。Y.L.Sit等人在(“On mutual interference cancellation in a MIMO OFDM multiuser radar
‑
communication network,”IEEE Trans.Veh.Technol.,vol.67,pp.3339
–
3348,Apr.2018.)中利用宽带多载波系统将多用户分配到相互正交的子载波上，从而避免多用户的干扰，信干噪比呈现凸性。然而，该方案将多用户干扰抹除造成频谱利用率的下降。F.Liu等人在(“Toward dual
‑
functional radar
‑
communication systems:Optimal waveform design,”IEEE Trans.Signal Process.,vol.66,pp.4264
–
4279,Aug.2018.)中通过将独立的最优通信波形和最优的雷达波形进行加权求和，有效解决上述多用户干扰带来的问题。然而，该方案没有理论分析作为支撑，该方案的鲁棒性无法保证。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出一种基于信干噪比下界的波形生成方法，通过构造信干噪比的二次型特征的下界，采用牛顿的最速下降梯度法对信干噪比的二次型特征的下界进行优化，实现多用户系统下联合通信与雷达感知功能，生成鲁棒好且效率高的波形。
[0006]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
[0007]本专利技术公开的一种基于信干噪比下界的波形生成方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1、分别构造通信与雷达架构：
[0009]在基站发射端，多条数据信息流平行的发送至基带预编码器，进行数字基带预编
码处理，处理后的信号实现联合通信与感知功能；
[0010]在用户接收端，每个用户采用单一天线接收基站发送的信息；
[0011]在基站端，基站同时配备一个多天线基站接收端，基站接收端与基站发射端相邻；
[0012]进一步的，基站接收端用于雷达感知；
[0013]进一步的，基站发射端信息流为s，s是在基带数字域上的N
S
×
1维向量，通过基带预编码器P进行预编码处理；
[0014]进一步的，基带预编码器P是N
T
×
N
S
的数字型器件，经过基带预编码P的信号被传送到天线上，N
T
为基站发射端天线数量，基站发射端发送信号x为：
[0015]x＝Ps
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0016]进一步的，在每个用户接收端，基站发射端发射的发送信号x经历通信信道，通信信道为h
u
，到达每个用户接收端，用户接收端的接收信号y
u
为：
[0017][0018]其中，n
u
是高斯复噪声，其均值为0，方差为σ2，基站发射端有N
S
×
1维的数据流，用户总数为N
S
；
[0019]进一步的，在基站接收端，采用多天线接收基站发射端发射的信号，期间经历的为雷达信道，雷达信道记为G，忽略噪声，基站接收端接收的感知信号r为：
[0020]r＝G
H
Ps
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0021]步骤2、确定通信的优化性能目标及性能目标的下界：
[0022]采用信干噪比SINR作为多用户通信系统的性能指标，信干噪比SINR为：
[0023][0024]其中，p
u
是P的第u列向量；
[0025]采用一种信干噪比SINR下界J：
[0026][0027]其中，S
u
是信干噪比SINR下界中的各用户波束增益，I
u
是信干噪比SINR下界中的用户间相互干扰；
[0028]进一步的，当I
u
+N
S
σ2/P
o
≤1，以及S
u
≥I
u
时，J成为信干噪比SINR的下界；
[0029]其中，P
o
是基站发射端发送信号的总功率；
[0030]进一步的，基带预编码器P如式(6)时，J成为信干噪比SINR的下界；
[0031][0032]其中，函数pinv为矩阵的伪逆；
[0033]步骤3、确定雷达的优化性能目标：
[0034]在基站接收端，采用互信息MI作为优化指标：
[0035]MI＝log|I+G
H
PP
H
G|
ꢀꢀ
(7)
[0036]其中I是单位矩阵；
[0037]进一步的，当基带预编码器P等于雷达信道G做奇异值分解后的左奇异矩阵时，互信息MI实现最优；
[0038]步骤4、联合优化通信和雷达的性能目标：
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于信干噪比下界的波形生成方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、分别构造通信与雷达架构：在基站发射端，多条数据信息流平行的发送至基带预编码器，进行数字基带预编码处理，处理后的信号实现联合通信与感知功能；在用户接收端，每个用户采用单一天线接收基站发送的信息；在基站端，基站同时配备一个多天线基站接收端，基站接收端与基站发射端相邻；进一步的，基站接收端用于雷达感知；进一步的，在基站发射端信息流为s，s是在基带数字域上的N
S
×
1维向量，通过基带预编码器P进行预编码处理；进一步的，基带预编码器P是N
T
×
N
S
的数字型器件，经过基带预编码P的信号被传送到天线上，N
T
为基站发射端天线数量，基站发射端发送信号x为：x＝Ps
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)进一步的，在每个用户接收端，基站发射端发射的发送信号经历通信信道，通信信道为h
u
，到达每个用户接收端，用户接收端的接收信号y
u
为：其中，n
u
是高斯复噪声，其均值为0，方差为σ2，基站发射端有N
S
×
1维的数据流，用户总数为N
S
；进一步的，在基站接收端，采用多天线接收基站发射端发射的信号，期间经历的为雷达信道，雷达信道记为G，忽略噪声，基站接收端接收的感知信号r为：r＝G
H
Ps
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)步骤2、确定通信的优化性能目标及性能目标的下界：采用信干噪比SINR作为多用户通信系统的性能指标，信干噪比SINR为：其中，p
u
是P的第u列向量；采用一种信干噪比SINR下界J：其中，S
u
是信干噪比SINR下界中的各用户波束增益，I
u
是信干噪比SINR下界中的用户间相互干扰；进一步的，当I
u
+N
S
σ2/P
o
≤1，以及S
u
≥I
u
时，J成为信干噪比SINR的下界；其中，P
o
是基站发射端发送信号的总功率；进一步的，基带预编码器P如式(6)时，J成为信干噪比SINR的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，倪志同，杨杰，高晓铮，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：