[发明专利]路侧单元通感一体化系统及混合波束成形方法

说明书

本申请属于无线通信技术领域，公开了一种路侧单元通感一体化系统及混合波束成形方法，该方法中将路侧单元通感一体化系统(RSU‑ISAC)作为通感融合的硬件设备，感知路面的多车辆目标，分析道路交通状况，并且建立毫米波通信链路，实时地为用户提供通信服务；为了进一步减轻通信用户之间、通信用户和雷达感知之间的多层干扰，基于多车辆目标感知到达角的克拉美罗界和系统整体功率约束条件下，最大化通信用户的加权和速率，采用块坐标下降算法设计基带处的数字波束成形矩阵和射频域的模拟波束成形矩阵。本申请的方法能够在通信速率和雷达感知精度之间实现良好的性能折衷。

技术领域

本申请属于无线通信技术领域，具体地涉及一种面向车联网的毫米波的通感一体化系统及混合波束成形方法。

背景技术

车联网是未来智能交通系统的重要组成部分，比如基于蜂窝车联网技术(Cellular Vehicle to Everything，C-V2X)。C-V2X技术通过构建车路协同感知、通信和信息交互，以解决车与车、车与路之间的高可靠、低时延通信和高精度感知等难题。车辆配备了通信收发器和各种传感器，目的是同时提取环境信息，并与路侧单元、其他车辆甚至行人交换信息。通感一体化(Integrated Sensing and Communications，ISAC)辅助的V2X网络可以将通信和感知功能集成到同一个信令框架下的硬件平台上，从而提高系统的频谱和硬件效率，获得集成增益，助力C-V2X技术的发展。

毫米波(mmWave)具有30-300GHz的大带宽，可同时为系统提供Gbit/s的高容量通信和厘米级的高精度感知服务,为了进一步提高ISAC辅助的车联网系统的性能，如文献【P.Kumari,J.Choi,N.González-Prelcic and R.W.Heath,IEEE 802.11ad-Based Radar:An Approach to Joint Vehicular Communication-Radar System,in IEEETransactions on Vehicular Technology,vol.67,no.4,pp.3012-3027,April 2018】中揭示一种方案，其利用频段为60GHz的IEEE 802.11ad波形的特殊帧结构(重复Golay互补序列构成的前导码和导频)，分别设计单帧和多帧感知算法用于单目标和多目标车辆探测以及距离和速度估计，同时完成车与车之间的通信任务。然而上述设计采用的是模拟波束成形技术，基带处只发射一个数据流，只局限于一个车辆用户通信。

考虑到毫米波存在严重的路径损耗和降雨衰减，因此需要大规模多输入多输出(mMIMO)技术来提供高增益定向波束，以弥补毫米波通信的不足。若采用每根天线配备单独射频链路的全数字波束形成器，会导致高昂的硬件成本和功耗。为了平衡系统性能和成本，在毫米波MIMO通信中已提出了混合波束形成技术。又如文献【X.Wang,Z.Fei,J.A.Zhangand J.Xu,Partially-Connected Hybrid Beamforming Design for IntegratedSensing andCommunication Systems,in IEEE Transactions on Communications,vol.70,no.10,pp.6648-6660,Oct.2022】中提出一种基于混合波束成形结构的毫米波通感一体化系统的方案，该方案在满足多个通信用户信干噪比的条件下，最小化感知目标到达角估计的克拉美罗界(Cramér–Rao bound，CRB)，但其中采用的是部分连接混合波束形成设计，使其系统的性能增益达不到最佳，并且只对一个目标进行感知，不满足车联网中多用户、多目标的通感融合要求。

发明内容

本申请的目的在于提出一种通感(通信感知)一体化系统及混合波束成形方法，该方法用于解决车联网中车路(V2I)场景下的高速率通信和高精度感知定位的通感融合问题。

为实现上述的问题，本申请采用如下的方案：