一种基于智能超表面辅助的符号级双功能雷达通信系统设计方法技术方案

本发明专利技术涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于智能超表面辅助的符号级双功能雷达通信系统设计方法；该方法包括以下步骤：在双雷达通信系统中引入智能超表面和符号级预编码技术，构建智能超表面辅助的双功能雷达通信系统；根据基站总发射功率约束、雷达波形相似性约束和智能超表面相移约束，建立优化问题的数学模型；通过联合优化基站发射波形矩阵和智能超表面相移矩阵，最大化通信用户间的最小建设性干扰性能度量。本发明专利技术能够在保证雷达探测性能情况下，提高通信用户通信质量，降低通信误码率。码率。码率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于智能超表面辅助的符号级双功能雷达通信系统设计方法


[0001]本专利技术涉及无线通信
，具体涉及一种基于智能超表面辅助的符号级双功能雷达通信系统设计方法。

技术介绍

[0002]随着对无线电频谱资源需求的不断增加，集成雷达和通信被认为是有效利用频谱资源的一种新兴技术，双功能雷达通信(DFRC)系统引起了无线通信领域的广泛关注，该系统既能实现雷达功能又能实现通信功能，且无需交换信息，极大的提高了频谱和硬件效率。目前大量的工作致力于设计DFRC波形，以实现目标探测和通信，然而，从雷达的角度来看，为了满足雷达探测性能，当接近期望的雷达波束图时，DFRC波形的设计自由度将受到限制，从而无法有效减轻多用户干扰(MUI)，通信质量无法得到保证。
[0003]最近，智能超表面作为一种革命性的技术，因其能够智能地操作无线电环境来减轻多用户干扰而备受关注。智能超表面通常由大量低成本、可重构的无源反射元件组成，每个元件都可以独立地对入射信号的相移进行调整，从而智能的调节无线传播环境。研究人员提出将智能超表面应用在下行链路多输入多输出系统中，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于智能超表面辅助的符号级双功能雷达通信系统设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：建立智能超表面辅助的符号级双功能雷达通信系统模型，所述模型包括配备M个发射天线构成的双功能雷达通信基站、配备N个反射单元构成的智能超表面，K个配备单个天线的通信用户U
k
,k＝1,...,K以及T个雷达检测目标；步骤2：在每一个传输时隙，基站发射信号后，通信用户U
k
接收的信号包含直连链路信号和反射链路信号两部分；具体表述为：基站发送波形矩阵X，通信用户U
k
接收到的信号矩阵Y；根据通信用户U
k
接收信号矩阵Y，确定通信用户U
k
接收信号的建设性干扰性能度量；步骤3：对于雷达探测，基站发射信号的波束方向图表示为P
d
(φ)＝a
H
(φ)R
X
a(φ)，其中R
X
＝(1/L)XX
H
表示空间协方差矩阵；a(φ)表示发射天线阵列的导向矢量，a
H
(φ)表示发射天线阵列导向矢量的共轭转置，φ表示雷达检测角度；根据理想的雷达发射波束方向图通过求解约束最小二乘问题，确定期望的雷达发射波形协方差矩阵R
d
；步骤4：根据期望的雷达发射波形协方差矩阵R
d
，求解多用户干扰最小化问题得到基准雷达波形矩阵X0；步骤5：根据基准雷达波形矩阵X0，确定在基站总发射功率约束、雷达发射波形相似性约束和智能超表面相移约束下，最大化所有通信用户的最小建设性干扰性能度量问题P1；步骤6：提出一种交替方向乘子法将所述问题P1分解为两个子问题单独求解，两个子问题分别为根据基于凸优化的方法求解发射信号波形设计问题，根据流形优化算法求解智能超表面相移优化问题；步骤7：基于步骤6中提出的两个子问题，提出一种交替优化算法获得问题P1最优的发射信号波形矩阵X
*
、智能超表面相移矩阵Θ
*
，从而得到问题P1的最优解。2.根据权利要求1所述的一种基于智能超表面辅助的符号级双功能雷达通信系统设计方法，其特征在于，在步骤2中根据通信用户U
k
接收信号矩阵Y，确定通信用户U
k
接收信号的建设性干扰性能度量包括：通信用户U
k
接收信号矩阵Y为：其中，Θ＝diag(θ1,...,θ
N
)表示智能超表面相移矩阵，diag()表示将矢量对角化为矩阵，X表示基站发射波形矩阵，且X＝[x1,x2,...,x
L
]；H
bu
表示发射端到通信用户直连链路的复信道系数矩阵，且H
bu
＝[h
bu,1
,...,h
bu,K
]
T
∈C
K
×
M
，[]
T
表示转置符号，C
K
×
M
表示K
×
M维复数集合；H
ru
表示智能超表面到通信用户的复信道系数矩阵，且H
ru
＝[h
ru,1
,...,h
ru,K
]
T
∈C
K
×
N
；H
br
表示发射端到智能超表面的复信道系数矩阵，且H
br
∈C
N
×
M
；表示发射端到通信用户的组合复信道系数矩阵，表示噪声矩阵，L表示基站发射信号帧长度，w
k
～cn(0,N0I
L
)；表示K
×
L维复数集合，N0I
L
表示噪声功率向量，N0表示噪声信号功率，I
L
表示元素全为1的L维列向量；假设发送的符号独立的选自正交相移键控星座图，则第k个通信用户的第l个期望的符号为l＝1,...,L；通信用户期望的符号矩阵为进而根据期望的符号矩阵，通信用户U
k
接收的信号矩阵Y被改写为：
其中，表示多用户干扰；通信用户U
k
的第l个期望符号的建设性干扰性能度量表示为：其中Re(
·
)表示对复数求实部，Im(
·
)表示对复数求虚部，)表示对复数求虚部，表示通信用户U
k
的组合信道矢量，(
·
)
H
表示共轭转置，x
l
表示第l个发射波形矢量，tanψ表示用户U
k
第l个期望符号与其判决边界之间夹角的正切值。3.根据权利要求1所述的一种基于智能超表面辅助的符号级双功能雷达通信系统设计方法，其特征在于，步骤3中约束最小二乘问题可以表示为：其中定义为覆盖检测角度范围[
‑
π/2,π/2]的精细角度，表示角度为φ...

【专利技术属性】
技术研发人员：金勇，刘闯，胡振涛，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：