[发明专利]一种适用于多天线通信感知一体化的非均匀波束空间调制方法及系统

说明书

本发明涉及一种适用于多天线通信感知一体化的非均匀波束空间调制方法及系统，包括：求取同时满足感知性能和通信性能的ISAC波束；包括：构建通信发射信号；构建通信接收信号；构建非均匀波束空间调制的通信感知一体化频谱效率上界；构建感知性能目标函数；求取使得频谱效率最大化和感知性能最优的候选波束矩阵和波束激活概率分布。通过ISAC波束求取非均匀波束空间调制的频谱效率。在满足同样感知性能要求情况下，本发明的频谱效率更高。通过修改系统中通信和感知之间的折中因子，能够实现在满足同样通信频谱效率的情况下，本发明方案在目标区域方向上的波束图更加接近于参考波束图。在通信和感知性能方面优于现有的波束设计方法。

技术领域

本发明涉及一种适用于多天线通信感知一体化的非均匀波束空间调制方法及系统，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着第五代(5G)移动通信网络的部署，对第六代(6G)移动通信网络的研究在世界范围内被提上了议事日程。将感知能力整合到未来的移动通信网络中，是当前移动通信网络升级的重要方向之一。作为一个基本特征，传感将扩展未来移动网络的能力，这可以促进许多潜在的应用，包括智能交通系统、智能工厂和城市、健康医疗等[F.Liu,C.Masouros,A.P.Petropulu,H.Griffiths and L.Hanzo,Joint Radar and Communication Design:Applications,State-of-the-Art,and the Road Ahead,in IEEE Transactions onCommunications,vol.68,no.6,pp.3834-3862,June 2020]。在过去的几十年里，尽管感知和通信系统在收发器结构、射频(RF)前端设计、信号处理算法等方面有许多共性，但它们一直独立存在并行增长。硬件共享、节省频谱和能量资源的通信感知一体化(IntegratedSensing and Communication，ISAC)系统可以减少射频频谱拥塞，提高效率，近年来受到广泛关注。天线阵列作为关键技术之一，已广泛应用于现有的独立感知和通信系统中。多天线技术可以支持狭窄的波束形成，以补偿高频段(如毫米波频段)相关的高路径损耗。此外，多天线还提供了更多的自由度，以实现更好的通信和感知性能。

在通信系统中，多天线背景下催生了空间调制技术。空间调制是一种基于切换机制的新型通信调制技术，通过在不同时隙激活不同的天线或波束，利用空间域和幅度/相位域同时传输信息，从而提高频谱效率。与传统多天线技术相比，空间调制仅使用少量射频链路，具有硬件成本低、能量效率高以及系统复杂度低的优势，在未来通信系统中非常具有应用前景[R.Y.Mesleh,H.Haas,S.Sinanovic,C.W.Ahn and S.Yun,Spatial Modulation,IEEE Transactions on Vehicular Technology,vol.57,no.4,pp.2228-2241,2008.]。

在早期的多天线ISAC系统设计中，系统的波束在一个相干时间内是固定的，信息位只能由数据符号来携带，无法对频谱效率进行额外的增加。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种适用于多天线通信感知一体化的非均匀波束空间调制方法。具体来说，在一个相干时间内设计多个波束，构成波束集，并根据要传输的信息位选择其中一个波束在每个发送符号时间内被激活。通过这种设计，采用波束编号来携带除数据符号之外的信息，提高了频谱效率。这样设计的ISAC系统相对于现有的设计方案，在同样满足感知性能要求的情况下，能提高系统的通信频谱效率。通过修改通信和感知之间的折中因子，在满足同样通信频谱效率的情况下，本发明波束设计方案相对于现有方案，感知性能更好。

本发明还提供了一种适用于多天线通信感知一体化的非均匀波束空间调制系统。

本发明的技术方案为：

一种适用于多天线通信感知一体化的非均匀波束空间调制方法，包括：

求取同时满足感知性能和通信性能的ISAC波束；