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申请/专利权人：珠海澳大科技研究院

摘要：本发明属于6G无线通信技术领域，具体涉及一种在毫米波通信感知一体化系统的鲁棒性多波束成形方法。大多数传统方案在研究通信感知一体化波束成形时，都假设已知完美的信道状态信息，但是在实际应用中，信道估计误差以及用户和目标的移动都会带来信道误差。为了获得性能良好和低复杂度的鲁棒性波束成形方案，本发明提出的鲁棒性多波束成形技术将两个具有宽波束辐射模式的子波束结合起来，这两个子波束分别指向通信用户和雷达感知目标。通过将双移相器集成到本发明的鲁棒性混合波束成形架构，实验表明，本发明所提出的鲁棒性多波束成形技术在信道误差场景有着良好性能表现，同时具有极低的计算复杂度且可灵活调整发射波形，适用于实际应用场景。

主权项：1.面向窄带毫米波通信感知一体化系统的鲁棒性混合波束成形方法，双功能基站配置的发射天线数为Nt和接收天线数为Nr，移动用户配置的接收天线数为Nc，考虑单数据流场景，那么双功能基站收发端以及多天线用户接收端采用单个射频链路；技术方案包括以下步骤：S1、发射信号：基站发射端的混合波束成形矢量为满足功率约束条件即P0为最大发射功率，则双功能基站的发射信号可以表示为：x＝fs其中，基带数据相互独立且满足此处表示数据s的能量期望值为1；S2、通信传输：毫米波通信信道的总路径数为Lc，对于l＝0,…,Lc-1，令βc,l表示第l条信道的复合增益且服从均值为0和方差为的复合高斯分布，和θc,l分别表示对应的入射角和出射角；由于用户移动或估计误差导致的角度发生偏差，使得通信传输的入射角和出射角从在特定区间内的均匀分布，即和此处中心角度和以及偏差宽度uc,l和vc,l均已知；那么，双功能基站与用户之间的信道矩阵可以表示为： 此处， 这里[·]T表示向量的转置；将发射信号x经信道Hc发送给用户，则用户接收端信号可表示为：zc＝Hcx+nc其中nc表示均值为0和方差为的复高斯噪声，且表示维度为Nc×Nc的单位矩阵；接着，wc接收信号经过波束成形矢量，则通信用户的信号输出为： 这里表示wc的共轭转置；通信用户的遍历可达速率可表示为： 这里表示针对随机变量求期望；S3、雷达感知：对于Nr×Nt的多输入多输出雷达系统，雷达感知目标的角度为ψr,0且服从均匀分布此处中心角度以及偏差宽度ur均已知；雷达系统的信道可以表示为： 其中，βr,0表示雷达目标的复合信道衰落参数且服从均值为0和方差为的复合高斯分布，同时 同时，杂波干扰信道可以表示为： 且 其中，表示干扰目标总数，和分别表示第l个干扰目标的方向角和信道损失参数，同时服从均值为0和方差为的复高斯分布；则整体噪声可以表示为： 其中表示均值为0和方差为的复高斯噪声，此处表示维度为Nr×Nr的单位矩阵，则可以获得整体噪声的协方差矩阵那么，雷达接收信号可以表示为：zr＝Hrx+nr经波束成形矢量后，雷达信号输出为： 则雷达系统的信干噪比为： S4、设计具有宽辐射模式的子向量：针对所提出的鲁棒性多波束技术，各子波束具有宽波束辐射方向图，以此覆盖一定区间的波束方向角范围；对于基站发射端，通信信道由可视距部分决定，那么指向通信方向的子波束可表示为： 其中角度区间表示其对应的是通信可视距的出射角的角度区间，同时向量的第m个元素为： 此处sinc·函数表示且sinc0＝1；同时，指向雷达感知目标的子波束可表示为： 其中角度区间表示其对应的是雷达目标的感知角度区间，同时向量的第m个元素为： S5、设计能量分配系数λ1和λ2：令雷达感知的信干噪比SCNR的阈值为Γ，能量分配系数的闭式解表达式为： 其中， S6、设计混合波束成形器：当获得全数字预编码器后，则混合架构下的模拟预编码器为： 本发明采用双移相器结构，令fRF,m表示fRF的第m个元素，且|fRF,m|和∠fRF,m分别表示fRF,m的幅值和相位，则模拟预编码器fRF的第m个元素fRF,m可以表示为： 且 这里arccos表示反余弦；那么基带数字预编码器可获得为： 则输出的混合预编码器为：f＝fRFfBS同时，雷达接收端的波束成形器可以表示为： 且的第m个元素为： 令和分别表示的幅值和相位，则可以在双移相位器结构下完美实现，具体为： 且 同理，移动用户接收端的波束成形器可以表示为： 且的第m个元素为： 其中角度区间表示其对应的是通信接收端可视距的到达角的角度区间；令和分别表示的幅值和相位，则可以在双移相位器结构下完美实现，具体为： 且 至此，获得基站发射端的混合波束成形器f和基站接收端的波束成形器wr以及通信用户接收端的波束成形器wc，完成了毫米波通信感知一体化系统的混合波束成形设计。

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百度查询： 珠海澳大科技研究院 鲁棒性的低复杂度的毫米波通信感知一体化波束成形方法