[发明专利]一种基于信干噪比下界的波形生成方法

权利要求书

1.一种基于信干噪比下界的波形生成方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、分别构造通信与雷达架构：

在基站发射端，多条数据信息流平行的发送至基带预编码器，进行数字基带预编码处理，处理后的信号实现联合通信与感知功能；

在用户接收端，每个用户采用单一天线接收基站发送的信息；

在基站端，基站同时配备一个多天线基站接收端，基站接收端与基站发射端相邻；

进一步的，基站接收端用于雷达感知；

进一步的，在基站发射端信息流为s，s是在基带数字域上的N_S×1维向量，通过基带预编码器P进行预编码处理；

进一步的，基带预编码器P是N_T×N_S的数字型器件，经过基带预编码P的信号被传送到天线上，N_T为基站发射端天线数量，基站发射端发送信号x为：

x＝Ps (1)

进一步的，在每个用户接收端，基站发射端发射的发送信号经历通信信道，通信信道为h_u，到达每个用户接收端，用户接收端的接收信号y_u为：

其中，n_u是高斯复噪声，其均值为0，方差为σ²，基站发射端有N_S×1维的数据流，用户总数为N_S；

进一步的，在基站接收端，采用多天线接收基站发射端发射的信号，期间经历的为雷达信道，雷达信道记为G，忽略噪声，基站接收端接收的感知信号r为：

r＝G^HPs (3)

步骤2、确定通信的优化性能目标及性能目标的下界：

采用信干噪比SINR作为多用户通信系统的性能指标，信干噪比SINR为：

其中，p_u是P的第u列向量；

采用一种信干噪比SINR下界J：

其中，S_u是信干噪比SINR下界中的各用户波束增益，I_u是信干噪比SINR下界中的用户间相互干扰；

进一步的，当I_u+N_Sσ²/P_o≤1，以及S_u≥I_u时，J成为信干噪比SINR的下界；

其中，P_o是基站发射端发送信号的总功率；

进一步的，基带预编码器P如式(6)时，J成为信干噪比SINR的下界；

其中，函数pinv为矩阵的伪逆；

步骤3、确定雷达的优化性能目标：

在基站接收端，采用互信息MI作为优化指标：

MI＝log|I+G^HPP^HG| (7)

其中I是单位矩阵；

进一步的，当基带预编码器P等于雷达信道G做奇异值分解后的左奇异矩阵时，互信息MI实现最优；

步骤4、联合优化通信和雷达的性能目标：

修改控制雷达感知性能达到一定阈值的情况下最优化通信的性能指标为：

arg max J

s.t.MI＞I₀，||P||_F≤P₀ (8)

其中，步骤2中的J作为通信的信干噪比SINR下界，对其最大化后取平均，同时保证步骤3中的互信息MI要大于一个给定的阈值I₀，另外，基带预编码器P的F范数要小于等于发送总功率P_o；

采用J的二次型的特点求解，通过迭代的方式实现式(8)的优化，具体步骤如下：

步骤4.1、将J表征成二次型：

通过式(5)，J进一步表征为：

其中，H_u＝[h₁，…，h_u-1，h_u+1，…，h_U]，

步骤4.2、确定基带预编码器P的初始值，使得限制条件成立：

根据步骤3确定的最优互信息MI的规范值作为基带预编码器P的初始值：

其中，U_G是雷达信道的左奇异矩阵的前U列；

步骤4.3、沿二次型曲线的最速下降线迭代：

J的最速下降线D为J在基带预编码器P处的一阶导数：

进一步的，基带预编码器P的迭代值为P＝P±Dε；

其中，ε是一个小步长，迭代值有正负两个，选取使得J最速上升的一侧作为新的迭代值，即迭代后基带预编码器P的J值应该越来越大；

进一步的，重复步骤4.3，反复更新基带预编码器P的导数值和基带预编码器P，使得J越来越大；

步骤4.4、式(8)的限制条件不满足时，终止迭代过程：

当迭代次数达到一定值时，式(8)的限制条件将到达边界，此时迭代终止，至此，得出基于通信的信干噪比SINR下界的最优的基带预编码器。