通信感知一体化系统低功率传输方法技术方案

本发明专利技术的目的在于提供一种通信感知一体化系统低功率传输方法，包括：建立通信感知一体化系统

【技术实现步骤摘要】
通信感知一体化系统低功率传输方法


[0001]本专利技术涉及网络技术以及通信感知一体化技术，具体涉及一种同时发射和反射的智能反射面辅助的通信感知一体化系统低功率传输方法
。

技术介绍

[0002]得益于第六代通信技术
(6G)
的进步，如今万物互联的时代正在朝着向万物智联的方向发展，由此伴随着越来越多的通信设备和对各种传感服务的需求增加，导致了当前无线频谱资源的日益紧张
。
通信感知一体化技术
(ISAC)
已被确定为一项推动下一代
6G
无线网络朝着高数据率和智能化发展的关键技术，这引起了学术界和工业界的广泛兴趣
。
通信感知一体化技术使感知和通信功能相融合，两者可以通过共享频谱
、
硬件平台和信号处理框架等实现互补，从而显著提高频谱效率和能源效率，具有硬件成本小
、
系统功耗低的优势
。
通信感知一体化技术可以更好地满足智能交互
、
自动驾驶
、
感知互联
、
全息通信等超高速应用的传输场景需求，为未来的数字世界创造一个具有人工智能
、
与物理世界平行存在的元宇宙空间
。
[0003]同时，可重构智能表面
(RIS)
被认为是在
6G
网络中实现
"
智能无线电环境
"(SRE)
的一种低成本技术，它可以帮助无线通信和传感系统实现智能和可重构的传播环境
。
一方面，
RIS
的每个元件在信号传输过程中都可以独立地调整入射信号的幅度和相位，大大扩展了传感和通信系统的覆盖范围，有效提高传输信号的质量
。
另一方面，
RIS
可以通过建立有效的直接链路和引入额外的自由度来优化系统性能
。
基于此，将可重构智能表面技术融入到通信感知一体化系统中可以提供额外的反射链路，从而实现更好的感知和通信性能
。
[0004]然而，传统的仅被动
/
主动的智能反射面技术有很大的局限性，因为它只能将入射信号反射到一个
180
°
的半平面中，只能实现一半的空间覆盖，也就意味着传感目标
/
通信用户和基站必须处于
RIS
的同一侧，这是不符合实际的，而且这种部署方式限制了
RIS
的效率和灵活性
。
[0005]基于此，一种针对在杂波障碍物的环境下，联合基站的有源波束赋形和
STAR
‑
RIS
的被动波束优化设计来最小化基站总传输功率的通信感知一体化系统低功率传输方法亟待研究
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种通信感知一体化系统低功率传输方法，用于至少解决现有技术中的一个技术问题
。
[0007]本专利技术的技术方案是：
[0008]一种通信感知一体化系统低功率传输方法，包括：
[0009]在满足带有无源元件的
STAR
‑
RIS
同时进行传输和反射的前提下，建立通信感知一体化系统
STAR
‑
RIS
模型；
[0010]在
STAR
‑
RIS
传输侧的间接链路，为任一通信用户分配对应的波束向量，建立通信
感知一体化系统的通信模型；
[0011]利用
STAR
‑
RIS
创建的虚拟
LoS
链路为反射侧感知空间中的至少1个目标提供传感服务，并构建通信感知一体化系统的雷达感知模型；
[0012]通过联合优化基站的主动波束和
STAR
‑
RIS
的被动波束，并且在同时满足通信用户要求的最小信干噪比
、
雷达要求的最小信杂噪比以及发射波形的相似性约束的条件下，将最小化基站的总发射功率作为优化目标；
[0013]将求解最小化基站的总发射功率进行问题分解，利用迭代交替优化算法来实现系统性能最优化，得到通信感知一体化系统传输的最小功率
。
[0014]所述在满足带有无源元件的
STAR
‑
RIS
同时进行传输和反射的前提下，建立通信感知一体化系统
STAR
‑
RIS
模型，包括：
[0015]建立一个能量分割模式；
[0016]在所述能量分割模式下，任一单元均工作在传输
/
反射模式下，即入射到每个单元的信号能量会被分为反射信号和传输信号；
[0017]通过所述单元传输的振幅和相位以及所述单元反射的振幅和相位，得到
STAR
‑
RIS
的振幅矢量和相位矢量，以及
STAR
‑
RIS
的传输系数矩阵和反射系数矩阵；
[0018]所述元件中相位能够独立调节，且振幅耦合，并以能量守恒作为所述
STAR
‑
RIS
模型的约束
。
[0019]设
β
r,n
∈[0,1],
分别代表第
N
个单元元素的传输的振幅系数和反射的振幅系数，传输相移和反射相移满足
φ
i,n
∈[0,2
π
]，则
STAR
‑
RIS
的振幅矢量和相位矢量分别为
β
i
＝
(
β
i,1
,
…
,
β
i
，
,N
)
和其中，
j
为复数；
[0020]设和分别表示
STAR
‑
RIS
的传输系数矩阵和反射系数矩阵，则：
[0021][0022]以能量守恒定律作为约束，则有：
[0023][0024]其中，
r
代表反射单元，
t
代表传输单元，
β
i
，1代表第1个单元元件的振幅系数，
φ
i
，
N
代表第
N
个单元元件的相移，代表
STAR
‑
RIS
配有
N
个单元元件，代表第
n
个传输单元元件的振幅的平方，代表第
n
个反射单元元件的振幅的平方
。
[0025]在
STAR
‑
RIS
传输侧的间接链路，为任一通信用户分配对应的波束向量，建立通信感知一体化系统的通信模型，包括：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
通信感知一体化系统低功率传输方法，其特征在于，包括：在满足带有无源元件的
STAR
‑
RIS
同时进行传输和反射的前提下，建立通信感知一体化系统
STAR
‑
RIS
模型；在
STAR
‑
RIS
传输侧的间接链路，为任一通信用户分配对应的波束向量，建立通信感知一体化系统的通信模型；利用
STAR
‑
RIS
创建的虚拟
LoS
链路为反射侧感知空间中的至少1个目标提供传感服务，并构建通信感知一体化系统的雷达感知模型；通过联合优化基站的主动波束和
STAR
‑
RIS
的被动波束，并且在同时满足通信用户要求的最小信干噪比
、
雷达要求的最小信杂噪比以及发射波形的相似性约束的条件下，将最小化基站的总发射功率作为优化目标；将求解最小化基站的总发射功率进行问题分解，利用迭代交替优化算法来实现系统性能最优化，得到通信感知一体化系统传输的最小功率
。2.
根据权利要求1所述的通信感知一体化系统低功率传输方法，其特征在于，所述在满足带有无源元件的
STAR
‑
RIS
同时进行传输和反射的前提下，建立通信感知一体化系统
STAR
‑
RIS
模型，包括：建立一个能量分割模式；在所述能量分割模式下，任一单元均工作在传输
/
反射模式下，即入射到每个单元的信号能量会被分为反射信号和传输信号；通过所述单元传输的振幅和相位以及所述单元反射的振幅和相位，得到
STAR
‑
RIS
的振幅矢量和相位矢量，以及
STAR
‑
RIS
的传输系数矩阵和反射系数矩阵；所述元件中相位能够独立调节，且振幅耦合，并以能量守恒作为所述
STAR
‑
RIS
模型的约束
。3.
根据权利要求2所述的通信感知一体化系统低功率传输方法，其特征在于，包括：设
β
r,n
∈[0,1],
分别代表第
N
个单元元素的传输的振幅系数和反射的振幅系数，传输相移和反射相移满足
φ
i,n
∈[0,2
π
]
，则
STAR
‑
RIS
的振幅矢量和相位矢量分别为
β
i
＝
(
β
i,1
,
…
,
β
i,N
)
和其中，
j
为复数；设和分别表示
STAR
‑
RIS
的传输系数矩阵和反射系数矩阵，则：以能量守恒定律作为约束，则有：其中，
r
代表反射单元，
t
代表传输单元，
β
i
，1代表第1个单元元件的振幅系数，
φ
i
，
N
代表第
N
个单元元件的相移，代表
STAR
‑
RIS
配有
N
个单元元件，代表第
n
个传输单元元件的振幅的平方，代表第
n
个反射单元元件的振幅的平方
。4.
根据权利要求1所述的通信感知一体化系统低功率传输方法，其特征在于，在
STAR
‑
RIS
传输侧的间接链路，为任一通信用户分配对应的波束向量，建立通信感知一体化系统的通信模型，包括：设每个通信用户都会被分配一个的通信形成波束向量，因此通信用户
k
处的接收信号
y
k
可以被表述为：其中，代表着地面基站到
STAR
‑
RIS
链路的信道矩阵；代表着从
STAR
‑
RIS
到通信用户
k
的通信信道向量；
[
·
]
H
代表对矩阵进行共轭转置操作；代表着在通信用户
K
处接收到的加性高斯白噪声，为高斯白噪声的方差；
I
N
为一个
N
×
N
的单位矩阵，表示噪声的协方差矩阵是一个对角矩阵；所述通信用户
k
处接收的信干噪比表述为：其中，代表着基站与通信用户
k
处的有效通信链路；
w
k
是通信用户
k
期望接受到的波束，
w
j
是波束形成矩阵
W
＝
[w1,...,w
K+L
]
的第
j
列，对于通信用户
k
来说是接收到其他通信用户和雷达探测的波束；是通信用户
k
接收到的加性高斯白噪声干扰；
H
是地面基站到
STAR
‑
RIS
链路的信道矩阵，
Φ
t
是
STAR
‑
RIS
的传输系数矩阵；是从
STAR
‑
RIS
到通信用户
k
的通信信道向量
。5.
根据权利要求1所述的通信感知一体化系统低功率传输方法，其特征在于，利用
STAR
‑
RIS
创建的虚拟
LoS
链路为反射侧感知空间中的至少1个目标提供传感服务，并构建通信感知一体化系统的雷达感知模型，包括：利用
STAR
‑
RIS
创建的虚拟
LoS
链路来提供传感服务；根据目标相对于
STAR
‑
RIS
的方位角和仰角，得到从
STAR
‑
RIS
到目标的的转向矢量；将雷达感知的信杂噪比作为传感服务的性能度量构建所述雷达感知模型
。6.
根据权利要求5所述的通信感知一体化系统低功率传输方法，其特征在于，包括：设在感知空间中潜在
L
个目标，并利用
STAR
‑
RIS
创建的虚拟
LoS
链路向其提供传感服务；设元件的数量为
N
＝
N
y
×
N
z
，其中
N
y
和
N
z
分别为沿
y
轴和
z
轴的元件数量；假设分别表示目标
l∈L
相对于
STAR
‑
RIS
的方位角和仰角，则从
STAR
‑
RIS
到上目标的转向矢量可以表示为：其中，其中，
j
为复数；设潜在的传感目标集合为基站接收到的基带信号由目标回波信号
、
杂波回波信号和噪声组成，
y
r
代表基站接收到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丰，彭俊杰，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：