【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信中资源分配，尤其涉及一种去蜂窝大规模mimo通感一体化系统的资源分配装置及方法。
技术介绍
1、移动通信、人工智能及大数据技术的深度融合驱动着5g在技术和业务两个层面向6g演进，业务要素从人向智能体、物理空间和虚拟空间扩展，信息处理功能需求从信息传递向信息采集和信息计算扩展。通感一体化(isac)技术通过频谱、信号波形及硬件设备等资源共享能够在满足用户设备通信的同时对目标用户设备进行检测，可以应用于室内定位及活跃性检测、车联网通信和定位以及环境监测等场景中，被认为是6g无线网络的潜在关键技术之一。然而，现有isac系统大多基于蜂窝大规模mimo网络架构，多个基站工作在相同的位置、频谱或者时间资源，导致小区内边缘用户性能下降、频繁的小区切换及小区干扰等问题。
2、去蜂窝大规模mimo网络通过将大量接入点(ap)分布在较大区域，同时通过前传链路与一个集中处理单元(cpu)相连可以有效解决小区内边缘用户性能损失及用户干扰问题，同时通过多个分布ap的联合处理可以有效提升系统感知性能。结合毫米波技术，扩展系统可用频谱从而进一步提升系统通信及感知性能。
3、去蜂窝毫米波大规模mimo通感一体化系统具备性能好、抗干扰强及服务质量稳定等特点，具有广阔的应用前景。然而，现有系统大都基于全数字波束成形架构，每根天线连接一个射频(rf)链，这为毫米波大规模mimo系统带来了极大的计算复杂度、极高的功率消耗、硬件实施复杂度以及生产成本，难以进行实际应用。此外，现有关于去蜂窝通感一体化网络架构的研究大多基于c
4、针对上述问题，本专利技术提出一种前传链路容量受限条件下的去蜂窝大规模mimo通感一体化系统中的资源分配装置和方法，使其适应实际的通感一体化系统需求，提升通感一体化系统的性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种去蜂窝大规模mimo通感一体化系统的资源分配装置及方法。本专利技术能够在前传链路容量受限的条件下有效提升通感一体化系统的性能，并满足通感一体化系统的实施需求。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术实施例第一方面提供了一种去蜂窝大规模mimo通感一体化系统的资源分配装置，包括：
3、集中处理单元端信号处理模块，包括信号源生成模块、信息存储模块、数字波束成形模块、感知信息联合处理模块和功率控制模块，所述信号源生成模块用于生成发射源信号，该源信号包括1个感知信号流和多个通信信号流；所述信息存储模块用于存储从各个接入点传递过来的信道状态信息、模拟波束成形信息和感知信息；所述数字波束成形模块用于基于信道状态信息及模拟波束成形信息进行数字基带信号处理，在幅值和相位两个维度对源信号进行处理，形成数字波束；所述感知信息联合处理模块用于将各个接收接入点传递过来的感知信息进行联合处理，以获取联合感知信噪比；所述功率控制模块用于基于信道状态信息、模拟波束成形信息以及数字波束成形信息，并在预设的信干噪比、最大发射功率、前传链路容量的约束条件下，对通信信号和感知信号进行功率控制；
4、共有信号处理模块，包括前传信号压缩模块和前传信号解压缩模块，所述前传信号压缩模块用于将发射信号映射到预设的码本集合中，完成发射信号的压缩处理；所述前传信号解压缩模块用于在经过前传链路后的另一端对信号进行解映射，完成信号的解压缩处理；和
5、接入点端信号处理模块，包括信道估计模块、模拟波束成形模块和信号发射与接收模块，所述信道估计模块用于基于导频信息并利用最小二乘算法估计各接入点与通信用户间的信道状态信息；所述模拟波束成形模块用于对发射信号或接收信号进行相位调整，形成模拟波束；所述信号发射与接收模块用于将经过集中处理单元端的数字基带处理和接入点端的射频处理后的信号从发射接入点发射出去，每个接收接入点接收从感知目标反射的信号。
6、进一步地，所述数字波束的形成具体包括：
7、采用迫零波束成形方法对通信用户间干扰进行抑制，即令数字波束成形矩阵满足以下条件：
8、
9、
10、其中，mt(1,2,...,mt)表示第mt个发射接入点，u(1,2,...,u)表示第u个通信用户，i≠u(1,2,...,u)表示除第u个通信用户外的其它u-1个通信用户，表示第mt个发射接入点和第u个通信用户间的等效信道，表示第mt个发射接入点的模拟波束成形矩阵，(·)h表示矩阵的共轭转置运算，表示矩阵伪逆运算，hmt,u表示第mt个发射接入点和第u个通信用户间的信道；
11、采用迫零波束成形方法将最优感知波束映射到等效通信信道的零空间，令gmt＝[gmt,1,gmt,2,…,gmt,u]表示第mt个发射接入点和所有通信用户间的等效信道矩阵，则感知数字波束成形向量构建为：
12、
13、其中，la＝u+1，表示维度为la的单位矩阵，||·||表示向量的绝对值运算，a(φmt)＝[1,...,exp{-jπ(n-1)sin(φmt)}]t表示第mt个发射接入点的波控响应向量，φmt表示感知目标与第mt个发射接入点的方位角。
14、进一步地，经过所述功率控制模块后生成集中处理单元向第mt个发射接入点传递的发射信号zmt，其表达式为：
15、
16、其中，表示第i(i＝0,1,…,u)个数字波束成形向量，表示数字波束成形矩阵，表示由功率控制因子构成的功率控制对角矩阵，s＝[s0,s1,…,su]t表示信号源生成模块生成的发射源信号，s0表示到感知目标的源信号，su(u＝1,2,…,u)表示到第u个通信用户的源信号。
17、进一步地，依次经过所述前传信号压缩模块和所述前传信号解压缩模块后，得到从集中处理单元传递至第mt个发射接入点的发射信号，表示为：
18、
19、其中，表示解压缩后的信号，projmt(·)表示第mt个发射接入点的映射操作，表示对应的解映射操作，zmt表示集中处理单元向第mt个发射接入点传递的信号，qmt表示从集中处理单元传递至发射接入点时引入的压缩噪声，其独立于发射信号zmt并且服从分布；
20、压缩噪声qmt的可行解满足以下前传链路容量的约束条件：
21、
22、其中，表示向量zmt和间的互信息，表示服从复高斯分布的向量的微分熵，其中，表示向量x服从均值为a，协方差为a的复高斯分布，det(·)表示矩阵的行列式运算，表示la维单位矩阵，c表示前传链路最大容量；
23、接收接入点将接收信号经过模拟波束成形处理后得到rmr，通过压缩处理后传递至集中处理单元，集中处理单元经过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种去蜂窝大规模MIMO通感一体化系统的资源分配装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的去蜂窝大规模MIMO通感一体化系统的资源分配装置，其特征在于，所述数字波束的形成具体包括：
3.根据权利要求1所述的去蜂窝大规模MIMO通感一体化系统的资源分配装置，其特征在于，经过所述功率控制模块后生成集中处理单元向第mt个发射接入点传递的发射信号zmt，其表达式为：
4.根据权利要求1所述的去蜂窝大规模MIMO通感一体化系统的资源分配装置，其特征在于，依次经过所述前传信号压缩模块和所述前传信号解压缩模块后，得到从集中处理单元传递至第mt个发射接入点的发射信号，表示为：
5.根据权利要求1所述的去蜂窝大规模MIMO通感一体化系统的资源分配装置，其特征在于，所述模拟波束成形矩阵最优时所对应的相位与通信信道共轭转置所对应的相位以及感知波控向量所对应的相位相同，表示为：
6.根据权利要求1所述的去蜂窝大规模MIMO通感一体化系统的资源分配装置，其特征在于，所述经过集中处理单元端的数字基带处理和发射接入点端的射频处理后的信号从
7.一种基于权利要求1-6中任一项所述的去蜂窝大规模MIMO通感一体化系统的资源分配装置的资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的资源分配方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述通信用户的接收信号的表达式为：
9.根据权利要求7所述的资源分配方法，其特征在于，所述步骤(3)中，从感知目标反射的信号经过模拟波束成形模块后，得到：
10.根据权利要求7所述的资源分配方法，其特征在于，所述步骤(4)中，最大化联合感知信噪比及其约束条件的表达式为：
11.根据权利要求7所述的资源分配方法，其特征在于，所述块坐标下降算法的一次迭代过程具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种去蜂窝大规模mimo通感一体化系统的资源分配装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的去蜂窝大规模mimo通感一体化系统的资源分配装置，其特征在于，所述数字波束的形成具体包括：
3.根据权利要求1所述的去蜂窝大规模mimo通感一体化系统的资源分配装置，其特征在于，经过所述功率控制模块后生成集中处理单元向第mt个发射接入点传递的发射信号zmt，其表达式为：
4.根据权利要求1所述的去蜂窝大规模mimo通感一体化系统的资源分配装置，其特征在于，依次经过所述前传信号压缩模块和所述前传信号解压缩模块后，得到从集中处理单元传递至第mt个发射接入点的发射信号，表示为：
5.根据权利要求1所述的去蜂窝大规模mimo通感一体化系统的资源分配装置，其特征在于，所述模拟波束成形矩阵最优时所对应的相位与通信信道共轭转置所对应的相位以及感知波控向量所对应的相位相同，表示为：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：董园园，郝楠，王华，杨照辉，余显斌，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。