基于NOMA的上下行链路共存的通信感知一体化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于NOMA的上下行链路共存的通信感知一体化方法及系统，该方法包括：基站接收第一通信信号；下行用户端接收第二通信信号；分别对第一通信信号和第二通信信号进行解码，并计算对应的第一信干噪比和第二信干噪比；同时基于回波信号计算基站对于感知的干扰以及存在目标回波信号的零假设与择一假设；根据第一信干噪比计算上行用户端的通信中断概率，并根据第二信干噪比计算下行用户端的通信中断概率；同时，基于零假设与择一假设计算通信感知一体化基站的感知概率。本发明专利技术提出的上下行链路共存的通信感知一体化系统能够同时实现目标感知和通信功能，且减少了通信与感知之间的交叉干扰；还可以同时服务多个用户，提升了系统频谱利用率。提升了系统频谱利用率。提升了系统频谱利用率。

【技术实现步骤摘要】
基于NOMA的上下行链路共存的通信感知一体化方法及系统


[0001]本专利技术属于通信
，具体涉及一种基于NOMA的上下行链路共存的通信感知一体化系。

技术介绍

[0002]现阶段，第五代移动通信系统新型无线电已经部署并商业化，第六代移动通信系统的未来发展急需有待开发。智能交通、远程医疗和智能家居等新兴产业正使6G走向新的领域，这些美好的愿景需要强大的无线信号传输和传感能力、以及通信和传感的巧妙结合。此外，据推测，6G物联网设备的访问密度将会达到每平方公里1000万个，峰值数据速率达到每秒1T。海量物联网设备加入通信系统，使得原有的频谱资源无法满足通信需求，进一步加速了通信与感知的结合。为此，通信感知一体化被认为是可以有效缓解这一情况的可行性方案。通信感知一体化系统采用统一的硬件资源同时完成通信与感知的功能，也可以很大程度上节省硬件的开支。
[0003]目前，关于通信感知一体化系统主要有以下方面的研究：文献一(S.Biswas,K.Singh,O.Taghizadeh,and T.Ratnarajah,“Design and analysis of FD MIMO cellular systems in coexistence with MIMO radar,”IEEE Trans.Wireless Commun.,vol.19,no.7,pp.4727
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4743,Jul.2020.)提出了一种通信感知共存系统，其中通信基站与感知站分别独立完成各自功能，这使得通信与感知之间存在相互干扰，降低两者的性能。文献二(F.Liu,C.Masouros,A.Li,H.Sun,and L.Hanzo,“MU
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MIMO communications with MIMO radar:Fromco
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existence to joint transmission,”IEEE Trans.Wireless Commun.,vol.17,no.4,pp.2755
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2770,Apr.2018)分别研究了通信感知共存系统与通信感知一体化系统中通信与感知的性能，并将两者进行比较，结果证明在同样的功耗情况下，通信感知一体化系统性能优于通信感知共存方案。文献三(Z.Wang,Y.Liu,X.Mu,Z.Ding and O.A.Dobre,“NOMA Empowered Integrated Sensing and Communication,”IEEE Commun.Lett.,vol.26,no.3,pp.677
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681,Mar.2022)与文献四(C.Ouyang,Y.Liu and H.Yang,“On the Performance of Uplink ISAC Systems,”IEEE Commun.Lett.,pp.1
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4,May 2022)分别独立研究了基于NOMA的下行与上行通信感知一体化系统。
[0004]然而，现有的通信感知共存方案仍然存在以下缺点：
[0005](1)随着通信频段的上升，现有的通信感知共存方案中通信与感知的波形在同频情况下会产生严重的交叉干扰，进而降低了通信性能与感知性能；
[0006](2)现有的通信感知一体化方案，大都采用传统的OMA技术，在同一时间/频段/码域内只能服务单个用户，这对日益紧张的频谱资源无疑是种浪费；
[0007](3)现有文献大都是分开研究的上行于下行通信感知一体化系统，但是在实际场景中，上行与下行是同时共存的，而且上行用户对下行用户的干扰是不能忽略的。

技术实现思路

[0008]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于NOMA的上下行链路共存的通信感知一体化方法及系统。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种基于NOMA的上下行链路共存的通信感知一体化系统，包括通信感知一体化基站、上行用户端以及下行用户端；所述上行用户端至少包括一个上行近端用户和一个上行远端用户；所述下行用户端至少包括一个下行近端用户和一个下行远端用户；其中，
[0010]所述通信感知一体化基站用于基于NOMA技术实现所述上行用户端和所述下行用户端之间的通信；同时还用于实现目标探测感知。
[0011]第二访民啊，本专利技术基于上述通信感知一体化系统，提供了一种基于NOMA的上下行链路共存的通信感知一体化方法，包括：
[0012]基站接收第一通信信号，并基于NOMA技术向下行用户端发出的第二传输信号；其中，所述第一通信信号包括上行用户端基于NOMA技术发出的第一传输信号和/或目标反射的回波信号；
[0013]下行用户端接收第二通信信号；其中，所述第二通信信号包括上行用户端发出的第一传输信号和基站发出的第二传输信号；
[0014]采用SIC技术分别在基站处和下行用户端对所述第一通信信号和所述第二通信信号进行解码，并计算对应的第一信干噪比和第二信干噪比；同时基于所述回波信号计算基站对于感知的干扰以及存在目标回波信号的零假设与择一假设；其中，所述第一信干噪比为上行用户处各信号的信干噪比，所述第二信干噪比为下行用户处各信号的信干噪比；
[0015]根据所述第一信干噪比计算上行用户端的通信中断概率，并根据所述第二信干噪比计算下行用户端的通信中断概率；同时，基于所述零假设与择一假设计算通信感知一体化基站的感知概率。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述第一通信信号表示为：
[0017][0018]其中，y
BS
表示第一通信信号，分别表示上行远端用户和上行近端用户发出的第一传输信号，y
S
表示基站发出的第二传输信号；表示实际的信道状态信息，表示估计的信道状态信息，e表示信道估计误差，下标SU
f
、SU
n
、SS分别表示信号从上行远端用户传输至基站、上行近端用户传输至基站、基站发射信号经目标反射到达基站；且所有的信道为Rayleigh信道，信道增益的累计分布函数表示为其中其中表示实际的信道状态信息，d
i
表示两节点之间的距离，v表示路径损耗指数，分别表示硬件损伤系数；κ表示硬件损伤等级，表示上行远端用户的传输功，表示上行近端用户的传输功率，P
S
表示基站的传输功率；与分别表示上行远端用户与上行近端用发出的第一传输信号经过目标反射到达基站的干扰信道；表示均值为a方差为b的复高斯分布；δ表示目标反射系数；h
LI
表示基站两根天线同时收发信号引起的自干扰信道；
表示基站处的加性高斯白噪声。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，所述第二通信信号表示为：
[0020][0021][0022]其中，和分别表示下行远端用户与下行近端用户接收的第二通信信号，表示实际的信道状态信息，下标SD
f
、SD
n
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NOMA的上下行链路共存的通信感知一体化系统，其特征在于，包括通信感知一体化基站、上行用户端以及下行用户端；所述上行用户端至少包括一个上行近端用户和一个上行远端用户；所述下行用户端至少包括一个下行近端用户和一个下行远端用户；其中，所述通信感知一体化基站用于基于NOMA技术实现所述上行用户端和所述下行用户端之间的通信；同时还用于实现目标探测感知。2.一种基于NOMA的上下行链路共存的通信感知一体化方法，其特征在于，包括：基站接收第一通信信号，并基于NOMA技术向下行用户端发出第二传输信号；其中，所述第一通信信号包括上行用户端基于NOMA技术发出的第一传输信号和/或目标反射的回波信号；下行用户端接收第二通信信号；其中，所述第二通信信号包括上行用户端发出的第一传输信号和基站发出的第二传输信号；采用SIC技术分别在基站处和下行用户端对所述第一通信信号和所述第二通信信号进行解码，并计算对应的第一信干噪比和第二信干噪比；同时基于所述回波信号计算基站对于感知的干扰以及存在目标回波信号的零假设与择一假设；其中，所述第一信干噪比为上行用户处各信号的信干噪比，所述第二信干噪比为下行用户处各信号的信干噪比；根据所述第一信干噪比计算上行用户端的通信中断概率，并根据所述第二信干噪比计算下行用户端的通信中断概率；同时，基于所述零假设与择一假设计算通信感知一体化基站的感知概率。3.根据权利要求2所述的基于NOMA的上下行链路共存的通信感知一体化方法，其特征在于，所述第一通信信号表示为：其中，y
BS
表示第一通信信号，分别表示上行远端用户和上行近端用户发出的第一传输信号，y
S
表示基站发出的第二传输信号；表示实际的信道状态信息，表示估计的信道状态信息，e表示信道估计误差，下标SU
f
、SU
n
、SS分别表示信号从上行远端用户传输至基站、上行近端用户传输至基站、基站发射信号经目标反射到达基站，且所有的信道为Rayleigh信道，信道增益的累计分布函数表示为其中其中表示实际的信道状态信息，d
i
表示两节点之间的距离，v表示路径损耗指数，分别表示硬件损伤系数，κ表示硬件损伤等级，表示上行远端用户的传输功，表示上行近端用户的传输功率，P
S
表示基站的传输功率；与分别表示上行远端用户与上行近端用发出的第一传输信号经过目标反射到达基站的干扰信道；表示均值为a方差为b的复高斯分布；δ表示目标反射系数；h
LI
表示基站两根天线同时收发信号引起的自干扰信道；表示基站处的加性高斯白噪声。4.根据权利要求3所述的基于NOMA的上下行链路共存的通信感知一体化方法，其特征
在于，所述第二通信信号表示为：在于，所述第二通信信号表示为：其中，和分别表示下行远端用户与下行近端用户接收的第二通信信号，表示实际的信道状态信息，下标SD
f
、SD
n
、ff、nf、fn、nn分别表示信号从基站传输至下行远端用户、基站传输至下行近端用户、上行远端用户传输至下行远端用户、上行近端用户传输至下行远端用户、上行远端用户传输至下行近端用户、上行近端用户传输至下行近端用户，且所有的信道为Rayleigh信道；有的信道为Rayleigh信道；分别表示硬件损伤系数，与分别表示基站传输的信号经过目标反射到达通信用户的干扰信道；与分别表示下行远端用户与近端用户处的加性高斯白噪声。5.根据权利要求4所述的基于NOMA的上下行链路共存的通信感知一体化方法，其特征在于，采用SIC技术分别在基站处和下行用户端对所述第一通信信号和所述第二通信信号进行解码，并计算对应的第一信干噪比和第二信干噪比包括：在基站处，先解码出上行近端用户的传...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明磊，刘勐，刘楠，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：