【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信和流体天线领域，特别是涉及一种流体天线辅助mimo通信感知一体化传输方法与系统。
技术介绍
1、6g推动无线网络向更高的频段、更宽的带宽以及更大规模的天线阵列发展，从而使得通信与感知的频谱共享成为可能。通信感知一体化可以实现通信与感知的频谱共享。然而，传统的固定位置天线系统在通信和感知任务上都存在着限制。在通信中，固定位置天线难以适应变化的环境，导致信号接收和干扰缓解效果欠佳。在感知中，固定位置天线孔径缺乏动态调整其配置的灵活性，导致角度分辨率较低，雷达目标探测效率较低。流体天线技术为这些挑战提供了一个很有前途的解决方案。在感知方面，流体天线系统可以实现更大的自适应孔径，从而实现更高的角度分辨率和更准确的雷达目标检测。在通信方面，流体天线系统的适应性增强了干扰的缓解效果，从而提高了整体通信效率。流体天线为通信感知一体化带来了新的可能性。因此，研究流体天线辅助mimo通信感知一体化传输方法与系统具有重要意义。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种流体天线辅助mimo通信感知一体化传输方法与系统，针对在基站发射侧部署天线位置固定的均匀面阵，接收侧部署多根可以在给定区域内自由移动的流体天线，在每个用户侧部署固定天线的场景，能够在通信用户信干噪比和流体天线位置约束下优化雷达信杂噪比。
2、技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、流体天线辅助mimo通信感知一体化传输方法，在
4、
5、其中，
6、scnr＝|α0|2tr(a(θ0,φ0,r)hj-1a(θ0,φ0,r)wwh)，
7、
8、m为基站发射天线数目，n为基站接收流体天线数目，p0为可允许的最大功率，γk为第k个用户所需要的信干噪比，σk2为第k个用户的噪声方差，k为用户数，为接收流体天线可移动的区域，信道矢量ψk,l和表示基站与第k个用户之间的第l个路径的仰角和方位角，ρk,l表示对应的路径增益，lk为基站与第k个用户之间路径的数目，为发射响应矢量，表示依赖于目标雷达横截面和路径损耗的信道系数，θ0和φ0为雷达目标的仰角和方位角，矩阵ar(θ0,φ0,r)为基站接受响应矢量，at(φ0,φ0)为基站发射响应矢量，为与杂波相关的矩阵，i为雷达杂波的数目，αi为第i个杂波的信道系数，θi和φi为第i个杂波的仰角和方位角，σ02为基站处的噪声方差，d为流体天线之间所需的最小距离，||·||表示对向量取二范数。
9、进一步地，对于基站接收侧，在给定仰角θ和方位角φ时，第n个接收流体天线的位置rn＝(xn,yn)t与原点r0＝(0,0)t之间的传播距离差为ρ(rn)＝xn sinθcosφ+yncosθ；第n个接收流体天线与原点的之间的信号相位差为2πρ(rn)/λ，其中λ为信号波长；接收响应向量的通用表达式为：
10、
11、对于基站发射侧，在给定仰角θ和方位角φ时，发射响应矢量的通用表达式为
12、
13、其中，mx为天线阵列的行数，my为天线阵列的列数，并且满足m＝mx×my，d为天线阵列里相邻天线单元的间隔，为克罗内克积。
14、进一步地，运用交替优化、mm算法、连续凸近似算法对优化问题进行求解，具体包括：
15、运用交替优化将原问题分解为发射预编码矩阵w优化问题和接收流体天线位置r优化问题，设置迭代次数指示i＝0；
16、利用mm算法和连续凸近似算法求解发射预编码矩阵w优化问题；
17、利用mm算法和连续凸近似算法求解接收流体天线位置r优化问题；
18、将第i+1次迭代得到的目标函数值与第i次迭代的结果进行比较，若两次结果之差小于设定的阈值ε，则终止内层迭代，否则将迭代次数i加1，继续迭代求解。
19、进一步地，求解发射预编码矩阵w优化问题，具体包括：
20、发射预编码矩阵w优化问题表示为：
21、
22、通过mm算法可以得到目标函数的下界：
23、
24、其中，a为矩阵a(θ0,φ0,r)的简写，p为迭代次数指示。此时该下界为一个凹函数，接下里处理非凸的通信信干噪比约束。通过连续凸近似算法，通信信干噪比约束变为：
25、
26、发射预编码矩阵w优化问题可以重写为
27、
28、此时优化问题已经变为凸问题，可以通过传统凸优化工具求解。
29、进一步地，求解接收流体天线位置r优化问题，具体包括：
30、接收流体天线位置r优化问题表示为：
31、
32、通过mm算法可以得到目标函数的下界：
33、
34、将下界展开，并将单个天线位置解耦，利用泰勒展开，得到有关第n个流体天线位置rn的目标函数q(rn)的下界：
35、
36、其中，c为上式下界展开的迭代次数，是q(rn,c)的梯度向量，δn是一个满足的正实数，是q(rn,c)的海森矩阵；
37、对非凸约束做连续凸近似，得到：
38、
39、省略掉目标函数中的常数项，将原问题改写为如下凸问题后使用凸优化工具进行求解：
40、
41、基于相同的专利技术构思，本专利技术还提供一种流体天线辅助mimo通信感知一体化传输系统，包括基站、用户以及雷达信杂噪比优化模块，在基站发射侧部署天线位置固定的均匀面阵，接收侧部署多根可以在给定区域内自由移动的流体天线，在每个用户侧部署固定天线，所述雷达信杂噪比优化模块，用于构建在通信用户信干噪比和流体天线位置约束下的雷达信杂噪比最大化问题，通过优化基站侧接收流体天线位置和发射预编码矩阵来优化系统的信杂噪比。
42、基于相同的专利技术构思，本专利技术还提供一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序/指令，所述计算机程序/指令被处理器执行时实现所述的流体天线辅助mimo通信感知一体化传输方法的优化问题构建与求解步骤。
43、基于相同的专利技术构思，本专利技术还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，所述计算机程序/指令被处理器执行时实现所述的流体天线辅助mimo通信感知一体化传输方法的优化问题构建与求解步骤。
44、有益效果：相比于天线位置固定的传统mimo通信感知一体化系统，流体天线的利用使mimo通信感知一体化系统可以获得更高的雷达信干噪比。本专利技术进一步运用交替优化、mm算法、连续凸近似算法进行了通信用户信干噪比和流体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.流体天线辅助MIMO通信感知一体化传输方法，其特征在于，在基站发射侧部署天线位置固定的均匀面阵，接收侧部署多根可以在给定区域内自由移动的流体天线，在每个用户侧部署单根固定天线，构建在通信用户信干噪比和流体天线位置约束下的雷达信杂噪比最大化问题，通过优化基站侧接收流体天线位置和发射预编码矩阵来优化系统的信杂噪比；所述优化问题表示为：
2.根据权利要求1所述的流体天线辅助MIMO通信感知一体化传输方法，其特征在于，对于基站接收侧，在给定仰角θ和方位角φ时，第n个接收流体天线的位置rn＝(xn,yn)T与原点r0＝(0,0)T之间的传播距离差为ρ(rn)＝xnsinθcosφ+yncosθ；第n个接收流体天线与原点的之间的信号相位差为2πρ(rn)/λ，其中λ为信号波长；接收响应向量的通用表达式为：
3.根据权利要求1所述的流体天线辅助MIMO通信感知一体化传输方法，其特征在于，对于基站发射侧，在给定仰角θ和方位角φ时，发射响应矢量的通用表达式为
4.根据权利要求1所述的流体天线辅助MIMO通信感知一体化传输方法，其特征在于，运用交替优化、MM算
5.根据权利要求4所述的流体天线辅助MIMO通信感知一体化传输方法，其特征在于，求解发射预编码矩阵W优化问题，具体包括：
6.根据权利要求4所述的流体天线辅助MIMO通信感知一体化传输方法，其特征在于，求解接收流体天线位置r优化问题，具体包括：
7.流体天线辅助MIMO通信感知一体化传输系统，其特征在于，包括基站、用户以及雷达信杂噪比优化模块，在基站发射侧部署天线位置固定的均匀面阵，接收侧部署多根可以在给定区域内自由移动的流体天线，在每个用户侧部署固定天线，所述雷达信杂噪比优化模块，用于构建在通信用户信干噪比和流体天线位置约束下的雷达信杂噪比最大化问题，通过优化基站侧接收流体天线位置和发射预编码矩阵来优化系统的信杂噪比；所述优化问题表示为：
8.根据权利要求7所述的流体天线辅助MIMO通信感知一体化传输系统，其特征在于，所述雷达信杂噪比优化模块运用交替优化、MM算法、连续凸近似算法对优化问题进行求解，具体包括：
9.一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序/指令，其特征在于，所述计算机程序/指令被处理器执行时实现根据权利要求1-6任一项所述的流体天线辅助MIMO通信感知一体化传输方法的优化问题构建与求解步骤。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，所述计算机程序/指令被处理器执行时实现根据权利要求1-6任一项所述的流体天线辅助MIMO通信感知一体化传输方法的优化问题构建与求解步骤。
...【技术特征摘要】
1.流体天线辅助mimo通信感知一体化传输方法，其特征在于，在基站发射侧部署天线位置固定的均匀面阵，接收侧部署多根可以在给定区域内自由移动的流体天线，在每个用户侧部署单根固定天线，构建在通信用户信干噪比和流体天线位置约束下的雷达信杂噪比最大化问题，通过优化基站侧接收流体天线位置和发射预编码矩阵来优化系统的信杂噪比；所述优化问题表示为：
2.根据权利要求1所述的流体天线辅助mimo通信感知一体化传输方法，其特征在于，对于基站接收侧，在给定仰角θ和方位角φ时，第n个接收流体天线的位置rn＝(xn,yn)t与原点r0＝(0,0)t之间的传播距离差为ρ(rn)＝xnsinθcosφ+yncosθ；第n个接收流体天线与原点的之间的信号相位差为2πρ(rn)/λ，其中λ为信号波长；接收响应向量的通用表达式为：
3.根据权利要求1所述的流体天线辅助mimo通信感知一体化传输方法，其特征在于，对于基站发射侧，在给定仰角θ和方位角φ时，发射响应矢量的通用表达式为
4.根据权利要求1所述的流体天线辅助mimo通信感知一体化传输方法，其特征在于，运用交替优化、mm算法、连续凸近似算法对优化问题进行求解，具体包括：
5.根据权利要求4所述的流体天线辅助mimo通信感知一体化传输方法，其特征在于，求解发射预编码矩阵w优化问题，具体包括：
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【专利技术属性】
技术研发人员：尤力，叶育琦，潜梦羽，金振洲，谢晨洁，高西奇，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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