基于统计CSI的RIS-MIMO通感一体化波束及相移设计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于统计CSI的RIS

【技术实现步骤摘要】
基于统计CSI的RIS
‑
MIMO通感一体化波束及相移设计方法及装置


[0001]本专利技术涉及联合雷达通信的
，尤其涉及基于统计CSI的RIS
‑
MIMO通感一体化波束及相移设计方法及装置。

技术介绍

[0002]随着第五代移动通信系统应用的范围逐渐扩大，导致无线频谱资源变得异常紧缺。现有的双功能雷达通信系统可以实现雷达系统和无线通信系统之间的硬件复用以及频谱共享，因此双功能雷达通信系统能同时完成无线通信与目标探测两种功能。此外，智能反射面RIS(Reconfigurable Intelligent Surface)作为一种实现绿色通信的新兴技术，不仅具有低成本、高灵活性的特点，还可以通过改善无线传播环境，在无需增加额外的功耗的前提下获得更高的天线增益。
[0003]研究利用统计信道状态信息CSI(Channel State Information)的RIS
‑
MIMO通感一体化中的波束和相移设计方法具有更加实际的应用意义，通过RIS辅助的多输入多输出双功能雷达通信系统MIMO
‑
DFRC(Multiple Input Multiple Output
‑
Dual Function Radar
‑
Communication)，基于统计CSI发送波束与相移矩阵联合设计；一方面是因为在实际情况下往往难以实时获得准确的瞬时CSI，所以使用统计CSI更具有可实现性；另一方面基于统计CSI可以推导计算出发送波束和相移矩阵的闭式表达式，在实际的应用中大大降低系统的开销和实现复杂度，从而节省功耗，提升系统的整体性能。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0005]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]因此，本专利技术提供了基于统计CSI的RIS
‑
MIMO通感一体化波束及相移设计方法及装置解决现有的在相同的频段上RIS辅助通信系统和雷达系统工作时，系统的开销大，成本高以及实现复杂度高的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术实施例提供了基于统计CSI的RIS
‑
MIMO通感一体化波束及相移设计方法，包括：
[0009]基于实际工况建立RIS
‑
MIMO通感一体化系统模型，并初始化发送波束和相移矩阵以及等效信道参数；
[0010]根据初始化数据基于统计信道状态信息CSI分别设计所述发送波束和所述相移矩阵，得到RIS
‑
MIMO通感一体化系统的通信速率最大值；
[0011]所述通信速率最大值是基于判断等效信道参数是否收敛，若收敛，则获得最优发
送波束和相移矩阵，否则继续设计，直至RIS
‑
MIMO通感一体化系统通信速率最大化。
[0012]作为本专利技术所述的基于统计CSI的RIS
‑
MIMO通感一体化波束及相移设计方法的一种优选方案，其中：
[0013]所述RIS
‑
MIMO通感一体化系统包括：DFRC基站，RIS板，多天线用户以及检测目标，其中DFRC基站配备M根天线，多天线用户配备N根天线，RIS板配有L个无源反射元件；
[0014]所述RIS
‑
MIMO通感一体化系统模型，包括：第一信道，第二信道以及第三信道。
[0015]作为本专利技术所述的基于统计CSI的RIS
‑
MIMO通感一体化波束及相移设计方法的一种优选方案，其中：设用户只能通过智能反射面RIS反射与基站完成通信；
[0016]所述第一信道，表示为：
[0017][0018][0019]其中，R0为通过第一信道接收空间相关性的非负定矩阵且T0为通过第一信道发送空间相关性的非负定矩阵且一信道发送空间相关性的非负定矩阵且为第一信道的LoS分量且X0为第一信道的随机分量部分，X
0,ij
为第一信道独立同分布的随机变量，且X
0,ij
服从CN(0,1)分布，为矩阵的平方根运算；
[0020]所述第二信道表示为：
[0021][0022][0023]其中，R1为通过第二信道接收空间相关性的非负定矩阵且T1为通过第二信道发送空间相关性的非负定矩阵且二信道发送空间相关性的非负定矩阵且为第二信道的LoS成分且X1为第二信道的随机分量部分，X
1,ij
为第二信道独立同分布的随机变量，且X
1,ij
服从CN(0,1)；
[0024]所述第三信道表示为：
[0025]h
t
＝αv
t
(θ)
[0026]v
t
(θ)＝[1,e
j2πdsinθ/χ
…
e
j2π(L
‑
1)dsinθ/χ
]T
[0027]其中，α为传播路径的衰落系数，v
t
(θ)为发送导向矢量，θ为基站天线发射的角度，d为接收和发射天线的线性排列间距，χ为光的波长，(
·
)
T
为矩阵的转置运算，j为虚数单位。
[0028]作为本专利技术所述的基于统计CSI的RIS
‑
MIMO通感一体化波束及相移设计方法的一种优选方案，其中：包括：初始化发送波束、相移矩阵的值均为单位阵；
[0029]初始化等效信道参数为：
[0030][0031]作为本专利技术所述的基于统计CSI的RIS
‑
MIMO通感一体化波束及相移设计方法的一
种优选方案，其中：基于统计CSI设计所述发送波束，包括：
[0032]根据所述初始化数据，设计DFRC基站的发送波束，表示为：
[0033][0034][0035]其中，V
K
、Λ
K
分别是对矩阵进行奇异值分解得到的特征向量矩阵与特征值矩阵，Q为发送波束，μ是令Q满足基站发送功率限制的归一化参数，I
M
为M
×
M的单位矩阵，(
·
)
+
表示取括号中数据与0相比的最大值，(
·
)
‑1，(
·
)
H
分别表示矩阵的逆运算和共轭转置运算。
[0036]作为本专利技术所述的基于统计CSI的RIS
‑
MIMO通感一体化波束及相移设计方法的一种优选方案，其中：基于统计CSI设计相移矩阵，包括：根据发送波束，设计相移矩阵，表示为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于统计CSI的RIS
‑
MIMO通感一体化波束及相移设计方法，其特征在于，包括：基于实际工况建立RIS
‑
MIMO通感一体化系统模型，并初始化发送波束和相移矩阵以及等效信道参数；根据初始化数据基于统计信道状态信息CSI分别设计所述发送波束和所述相移矩阵，得到RIS
‑
MIMO通感一体化系统的通信速率最大值；所述通信速率最大值是基于判断等效信道参数是否收敛，若收敛，则获得最优发送波束和相移矩阵，否则继续设计，直至RIS
‑
MIMO通感一体化系统通信速率最大化。2.如权利要求1所述的基于统计CSI的RIS
‑
MIMO通感一体化波束及相移设计方法，其特征在于：所述RIS
‑
MIMO通感一体化系统包括：DFRC基站，RIS板，多天线用户以及检测目标，其中DFRC基站配备M根天线，多天线用户配备N根天线，RIS板配有L个无源反射元件；所述RIS
‑
MIMO通感一体化系统模型，包括：第一信道，第二信道以及第三信道。3.如权利要求2所述的基于统计CSI的RIS
‑
MIMO通感一体化波束及相移设计方法，其特征在于：设用户只能通过智能反射面RIS反射与基站完成通信；所述第一信道，表示为：所述第一信道，表示为：其中，R0为通过第一信道接收空间相关性的非负定矩阵且T0为通过第一信道发送空间相关性的非负定矩阵且发送空间相关性的非负定矩阵且为第一信道的LoS分量且X0为第一信道的随机分量部分，X
0,ij
为第一信道独立同分布的随机变量，且X
0,ij
服从CN(0,1)分布，为矩阵的平方根运算；所述第二信道表示为：所述第二信道表示为：其中，R1为通过第二信道接收空间相关性的非负定矩阵且T1为通过第二信道发送空间相关性的非负定矩阵且道发送空间相关性的非负定矩阵且为第二信道的LoS成分且X1为第二信道的随机分量部分，X
1,ij
为第二信道独立同分布的随机变量，且X
1,ij
服从CN(0,1)；所述第三信道表示为：h
t
＝αv
t
(θ)v
t
(θ)＝[1,e
j2πdsinθ/χ
…
e
j2π(L
‑
1)dsinθ/χ
]
T
其中，α为传播路径的衰落系数，v
t
(θ)为发送导向矢量，θ为基站天线发射的角度，d为接收和发射天线的线性排列间距，χ为光的波长，(
·
)
T
为矩阵的转置运算，j为虚数单位。4.如权利要求2或3所述的基于统计CSI的RIS
‑
MIMO通感一体化波束及相移设计方法，
其特征在于，包括：初始化发送波束、相移矩阵的值均为单位阵；初始化等效信道参数为：5.如权利要求4所述的基于统计CSI的RIS
‑
MIMO通感一体化波束及相移设计方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，宋子涵，范发达，李新宇，吴心沁，蔡曙，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：