[发明专利]一种统计信道特性辅助的雷达通信共存能效优化方法

说明书

本发明公开了一种统计信道特性辅助的雷达通信共存能效优化方法，包括：构建监视雷达与大规模MIMO通信系统共存的场景；获取大规模MIMO通信系统里用户的统计信道信息；根据统计信道信息构建对应的大规模MIMO通信系统能效表达式并建立在雷达接受信号干扰比和雷达通信系统各自发射功率约束下的雷达通信共存能效优化问题模型；运用交替优化、确定性等同、MM算法和Dinkelbach算法对优化问题进行求解。本发明基于监视雷达与大规模MIMO通信系统共存的场景，充分利用了用户的波束域统计信道状态信息，通过降低大规模MIMO通信系统和监视雷达之间的互干扰显著提升了系统的能效性能，且降低了优化问题求解和物理层实现的复杂度。

技术领域

本发明涉及无线通信和雷达技术领域，特别是涉及一种统计信道特性辅助的雷达通信共存能效优化方法。

背景技术

雷达自20世纪上半叶诞生以来已经发展了几十年。现代雷达系统在全球范围内部署，具有多种应用程序，包括交通管制、地球物理监测、天气观测以及国防和安全监控。在10GHz以下，大部分频谱资源主要分配给雷达，但在目前先进的情况下，雷达与无线通信系统有了新的共存选项。在更高的频率，如毫米波频段，通信和雷达平台也有望在即将到来的5G网络及以后实现谐波共存甚至有益的合作。然而，随着将可用频带分配给上述无线技术，雷达频带中的干扰正在增加，并引起了政府和军事组织对关键雷达行动保障的关注。为此，通信和雷达频谱共享问题的研究工作正在进行。而雷达通信共存就是通信和雷达频谱共享问题两个主要研究方向之一。

现有的雷达通信共存能效优化研究大多采用瞬时信道状态信息。只有当终端不移动或移动速度非常慢，导致信道没有变化或变化缓慢时，运用瞬时信道信息才可行。当终端快速移动时，从基站到终端的信道将迅速变化，导致瞬时信道估计较困难。此外在实际大规模MIMO下行链路中，很难获取发射机处的瞬时信道状态信息。请注意，从基站获得变化相对缓慢的统计信道信息相对容易，如通过协方差外推或长期反馈。为此，本发明提出了一种统计信道特性辅助的雷达通信共存能效优化方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种统计信道特性辅助的雷达通信共存能效优化方法，该方法针对监视雷达和大规模MIMO通信系统共存的场景，能够优化系统的能效，并降低实现这一优化过程的复杂度，使其便于实施。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的统计信道特性辅助的雷达通信共存能效优化方法，包括如下步骤：

步骤1，构建雷达与通信系统共存的场景；

雷达与通信系统共存的场景包括工作在相同带宽的大规模MIMO下行通信传输系统和一个监视雷达；其中，大规模MIMO下行通信传输系统发射信号与用户进行通信，监视雷达发射信号进行目标检测；根据大规模MIMO下行链路通信场景，基站侧配置M_t根发送天线的大规模天线阵列，场景中有K个用户，每个用户配置M_k根接收天线；

步骤2，获取通信系统中用户统计信道状态信息；

步骤3，根据用户统计信道状态信息构建通信系统能效表达式并建立雷达通信共存能效优化问题模型；

步骤4，对能效优化问题进行求解。

进一步的，步骤2中通过用户反馈、基站直接估计、或通过上行探测信号的方式，来获取用户的统计信道状态信息。

进一步的，步骤2中获取通信系统中用户统计信道状态信息的方法为：

各用户发送上行探测信号至基站，基站根据接收到的探测信号估计波束域统计信道状态信息，其中，第k个用户的统计信道状态信息为：

在公式(1)中，G_k为第k个用户的波束域信道矩阵，表示期望运算，⊙表示矩阵的阿达玛积，为矩阵G_k的共轭矩阵。