[发明专利]一种大规模MIMO通感共存系统中通信波束和雷达波形的设计方法

说明书

本发明公开了一种大规模MIMO通感共存系统中通信波束和雷达波形的设计方法。其系统是基于统计CSI辅助的大规模MIMO通感共存系统，包括工作在同频段上的通信子系统和雷达子系统。其通信波束和雷达波形的设计方法包括：初始化雷达波形、通信波束的值均为单位阵，等效信道参数的初始值均为1；基于统计CSI分别设计通信波束和雷达波形；最后判断等效信道参数是否收敛，如果收敛，则获得最优的通信波束和雷达波形；如不收敛，则跳到设计通信波束和雷达波形的步骤。本发明基于统计CSI推导出通信波束和雷达波形，在不需要获取准确的瞬时CSI前提下能够消除雷达对通信系统的干扰，可有效降低系统的开销和实现复杂度，大大提高了实用性。

技术领域

本发明属于雷达与通信系统的频谱共享(Radar and Communication SpectrumSharing,RCSS)技术领域，涉及MIMO(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)雷达系统与MIMO通信系统共存情况下，统计CSI(Channel State Information，信道状态信息)辅助通信波束与雷达波形联合设计方法，尤其是一种大规模MIMO通感共存系统中通信波束和雷达波形的设计方法。

背景技术

随着第五代移动通信系统(The 5th Generation Mobile Networks,5G)应用的范围逐渐扩大，无线通信系统对频谱资源的需求不断增加，这使得无线频谱资源变得异常紧缺。现有研究表明，可以使用雷达系统的工作频段进行通信，但是雷达系统会对通信系统造成很强的干扰，所以消除通信系统与雷达系统频谱共享的互干扰是亟待解决的问题。

解决MIMO雷达系统与MIMO通信系统频谱共享时存在同频干扰问题的传统方案是使用瞬时CSI对通信信道进行建模，然后基于凸优化的方法来完成发送波形的设计。但是实际情况下，MIMO通信系统获取准确的瞬时CSI时会占用较多的时频资源，并且基于凸优化的方法来进行波形的设计往往具有很高的计算复杂度，这都会使得实际情况下的通信波束和雷达波形设计变得困难。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种大规模MIMO通感共存系统中通信波束和雷达波形的设计方法，充分考虑了MIMO通信系统中的发送和接收相关性，使用稳定缓慢变化且更容易获取的统计CSI对MIMO通信系统的信道进行建模，采用低复杂度的方法推导计算出通信波束和雷达波形的封闭表达式，可显著提升MIMO雷达系统与MIMO通信系统共存时的通信速率，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。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种大规模MIMO通感共存系统中通信波束和雷达波形的设计方法，首先建立一种大规模MIMO通感共存系统，该系统是一个基于统计CSI辅助的MIMO雷达通信共存系统，包括工作在相同频段上的一个MIMO通信子系统和一个MIMO雷达子系统；MIMO通信子系统包括一个配备N根天线的通信基站和一个配备n根天线的多天线用户；MIMO雷达子系统包括一个配备M根天线雷达基站；

所述的通信波束和雷达波形的设计方法，包括以下步骤：

步骤1.将雷达波形R_s、通信波束Q的值均初始化为单位阵，将等效信道参数t和的值均初始化为1，将参数L设置为50；

步骤2.采用统计CSI设计MIMO通信基站的通信波束Q；

步骤3.利用统计CSI设计MIMO雷达波形R_s，包括：设计MIMO雷达波形的非秩一解R′_s，再使用高斯随机化方法从R′_s中恢复出MIMO雷达波形R_s；

步骤4.判断等效信道参数t是否收敛，如果收敛，则获得最优的通信波束Q和雷达波形R_s；如果不收敛，则跳到步骤2，重新设计通信波束Q和雷达波形R_s。