基于双功能雷达与通信系统的发射波束与RIS离散相移矩阵联合优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双功能雷达与通信系统的发射波束与RIS离散相移矩阵联合优化方法，该方法包括下述步骤：构建智能反射面辅助的双功能雷达与通信系统，在传感和通信的约束下构建发射波束赋形矢量和相移矩阵的联合优化问题；针对波束赋形向量，基于二分搜索算法，利用拉格朗日对偶分解方法构建近似最优封闭解求解方法，获取全局最优解；量化RIS的离散相移矩阵，基于优化最小化方法将二次约束二次规划转化为半定松弛问题进行求解，完成求解目标问题的交替优化过程。本发明专利技术通过RIS的部署以提高DRC系统在路径损失严重环境中的雷达探测性能，联合优化RIS相移矩阵与波束赋形向量，并提出RIS离散相移设计方法以降低硬件复杂度，有效提高了DRC系统性能。有效提高了DRC系统性能。有效提高了DRC系统性能。

【技术实现步骤摘要】
基于双功能雷达与通信系统的发射波束与RIS离散相移矩阵联合优化方法


[0001]本专利技术涉及无线通信
，具体涉及一种基于双功能雷达与通信系统的发射波束与RIS离散相移矩阵联合优化方法。

技术介绍

[0002]随着第五代移动通信的迅速发展，连接设备的数量急剧增加，对频谱资源的需求日益强烈。双功能雷达和通信(dual
‑
function radar and communication,DRC)系统，将雷达和通信系统集成在一个系统中，可以有效降低系统功耗，减少电磁干扰，并提高硬件共享效率。然而，一个具有挑战性的问题是，DRC系统需要设计能够同时完成数据传输和雷达感知任务的传输波形。现有的研究成果往往并没有考虑到实际情况，即目标位于拥挤区域内，路径损失占所有路径的主导地位。在这种情况下，雷达辅助基站(base station,BS)接收到的回波信号会由于严重的信道衰减而减弱，严重地限制了DRC系统的性能。
[0003]与此同时，智能反射面(reconfigurable intelligent surface，RIS)辅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双功能雷达与通信系统的发射波束与RIS离散相移矩阵联合优化方法，其特征在于，包括下述步骤：构建智能反射面辅助的双功能雷达与通信系统，在传感和通信的约束下，构建发射波束赋形矢量和相移矩阵的联合优化问题；针对波束赋形向量，基于二分搜索算法，利用拉格朗日对偶分解方法，构建近似最优封闭解求解方法，获取全局最优解；量化RIS的离散相移矩阵，基于优化最小化方法，将二次约束二次规划转化为半定松弛问题进行求解，完成求解目标问题的交替优化过程。2.根据权利要求1所述的基于双功能雷达与通信系统的发射波束与RIS离散相移矩阵联合优化方法，其特征在于，构建智能反射面辅助的双功能雷达与通信系统，该系统包括智能反射面RIS、雷达目标、通信用户和DRC基站，DRC基站同时向雷达目标发送雷达探测波形，向下行通信用户发送通信符号，DRC基站配备了M个天线单元完成传感任务，并为单个天线用户服务，具有N个反射元件的智能反射面RIS部署在建筑物的侧面。3.根据权利要求2所述的基于双功能雷达与通信系统的发射波束与RIS离散相移矩阵联合优化方法，其特征在于，DRC基站接收到的信号表示为：y
R
＝(G
H
VAV
H
G+B)wx+n
r
其中，x为DRC基站的发射信号，G表示DRC基站与RIS之间的信道模型，A表示RIS的目标响应矩阵，B表示DRC基站参数的目标响应矩阵，V表示RIS的对角有效相移矩阵，w为DRC基站发射机的波束形成矢量，(
·
)
H
表示矩阵的转置；用户接收到的信号表示为：其中，是RIS与用户之间的下行通道，为DRC基站与用户之间的下行通道，n
c
为用户处接收到的噪声。4.根据权利要求1所述的基于双功能雷达与通信系统的发射波束与RIS离散相移矩阵联合优化方法，其特征在于，在传感和通信的约束下，构建发射波束赋形矢量和相移矩阵的联合优化问题，具体表示为：s.t.SNR
c
≥ηw2≤P
r
其中，η为用户所需的SNR，P
r
为雷达基站发射机的最大发射功率，v
n
表示RIS的相移；在DRC基站处接收到的信噪比表示为：其中，G表示DRC基站与RIS之间的信道模型，A表示RIS的目标响应矩阵，B表示DRC基站参数的目标响应矩阵，V表示RIS的对角有效相移矩阵，w为DRC基站发射机的波束形成矢量，
(
·
)
H
表示矩阵的转置，表示DRC处的噪声功率；通信用户处接收到的信噪比表示为：其中，表示噪声的方差，表示RIS与用户之间的下行通道，表示DRC基站与用户之间的下行通道。5.根据权利要求3或4所述的基于双功能雷达与通信系统的发射波束与RIS离散相移矩阵联合优化方法，其特征在于，在DRC基站与智能反射面RIS之间采用瑞利衰落信道模型，具体表示为：其中，K
R
为瑞利因子，G
LoS
为视距确定性分量，G
NLoS
为非视距瑞利衰落分量；视距确定性分量表示为：其中，α为大尺度信道增益，ψ为均匀分布于[0,2π]的随机相位，矢量a
t
(θ)为与角度θ
t
相关的DRC基站的天线阵列发射响应矢量，向量a
r
(θ
r
)为RIS的接收机转向向量；RIS的目标响应矩阵表示为：其中，K为目标数，β
k
为复路径损耗，向量a(θ
k
)是RIS的转向向量。6.根据权利要求1所述的基于双功能雷达与通信系统的发射波束与RIS离散相移矩阵联合优化方法，其特征在于，基于二分搜索算法，利用拉格朗日对偶分解方法，构建近似最优封闭解求解方法，获取全局最优解，具体包括：定义下式：U＝(G
H
VAV
H
G+B)
H
(G
H
VAV
H
G+B)其中，G表示DRC基站与RIS之间的信道模型，A表示RIS的目标响应矩阵，B表示DRC基站参数的目标响应矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈真，黄磊，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：