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申请/专利权人：北京理工大学

摘要：本发明提供一种新型的通信感知共生数字波束设计方法，属于通信感知一体化领域，包括：构建车联网通信感知一体化场景，并基于该场景建立通信信号模型和感知信号模型；基于通信信号模型和感知信号模型，采用CRLB作为感知性能的度量，构建在目标角度估计CRLB约束下的波束成型矩阵优化问题，并得到简化后的优化问题；采用惩罚对偶分解算法对简化后的优化问题进行求解，基于交替优化法求解辅助变量α和β的最优解，不断更新辅助变量α和β、辅助矩阵Ω和Fξ；交替进行梯度上升算法和投影运算，迭代算得简化后的增光拉格朗日函数的目标函数收敛；不断迭代以输出优化后的波束成型矩阵W。本发明能够有效提高对目标的感知精度以及通信速率。

主权项：1.一种新型的通信感知共生数字波束设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1、构建车联网通信感知一体化场景，并基于该场景建立面向车联网系统的通信信号模型和感知信号模型，该场景包括基站、多个仅具备接收天线的车辆用户和感知目标，利用基站发送的通信信号实现对感知目标和车辆用户的参数估计，基站对车辆用户的感知结果用于辅助波束对准；步骤S2、基于步骤S1所建立的通信信号模型和感知信号模型，采用CRLB作为感知性能的度量，构建在目标角度估计CRLB约束下的波束成型矩阵优化问题，使得在满足感知精度的要求下基站与车辆用户之间通信速率最大化，采用分数规划方法对优化问题进行转化，并根据舒尔补条件对转化后的优化问题进行简化，得到简化后的优化问题： s.t.TrΩ-1≤η0 Ω≥0Fξ＝JξW∥W∥2≤P其中，α和β为辅助变量，W表示波束成型矩阵，Ω为辅助半正定矩阵,Fξ为辅助矩阵，其中Jξ为估计向量ξ的费歇尔信息矩阵，η0表示二维到达角估计CRLB的阈值，FΘΘ＝Fξ1:2；1:2，FΘΨ＝Fξ1:2；3:5，FΨΨ＝Fξ3:5；3:5，P表示基站最大发射功率，表示取复数的实部，β＝[β1,…,βK]T，hk表示基站到第k个车辆用户的基带等效信道，设定为一个大尺度衰落分量和小尺度衰落构成的平坦衰落信道模型，为信道内加性高斯白噪声的方差，|·|表示绝对值，diag·表示矩阵的对角运算，∥·∥为表示矩阵的弗罗贝尼乌斯范数；步骤S3、采用惩罚对偶分解算法对步骤S2所得的简化后的优化问题进行求解，引入增广拉格朗日函数，固定波束成型矩阵W，基于交替优化法求解辅助变量α和β的最优解，不断更新辅助变量α和β，以及辅助矩阵Ω和Fξ；步骤S4、基于步骤S3得到的辅助变量α和β，以及辅助矩阵Ω和Fξ，简化增广拉格朗日函数，交替进行梯度上升算法和投影运算，迭代算得简化后的增光拉格朗日函数的目标函数收敛；步骤S5、判断步骤S2中的通信和速率rk是否小于收敛精度阈值，或者是否达到最大迭代次数，若是则结束迭代，输出优化后的波束成型矩阵W，否则，执行步骤S3和步骤S4进行迭代。

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