[发明专利]一种具有边缘计算辅助的集成雷达感知和无线通信方法

说明书

本发明公开了一种具有边缘计算辅助的集成雷达感知和无线通信方法，包括：建立通信、雷达感知和移动边缘计算集成架构，在基站侧引入边缘计算服务器；建立用户终端多输入多输出雷达波束方向图设计传输模型，以及边缘计算中相关的能耗和处理数据量模型；对多目标进行联合优化，并求出计算卸载的多输入多输出预编码设计以及雷达感知和边缘计算资源分配的发射预编码矩阵；基于延迟约束，求出局部计算资源分配。本发明利用大规模多输入多输出阵列和双功能雷达通信技术，在同一频谱上同时执行雷达感知和计算卸载，满足未来通信网络中雷达信号处理的需求。

技术领域

本发明涉及双功能雷达通信技术领域，特别是涉及一种具有边缘计算辅助的集成雷达感知和无线通信方法。

背景技术

过去十几年中，越来越多的设备渐渐具有感知能力，传统的传感方法包括摄像头、红外传感器、超声波传感器等。与这些传感技术相比，基于无线电的传感方法应用更广，并且在恶劣环境下具有更加稳健的性能，同时无线电对于支持传感的设备实现控制消息交换和数据通信也是必不可少的。随着支持雷达感知的物联网设备数量的急剧增加，频谱拥塞将成为一个严重的问题。因此，共享的频带的雷达感知和无线电通信的融合系统吸引了学术界和工业界的兴趣。

一般来说，实现雷达与通信联合的机制有两种:雷达与通信(Coexistence/Cooperation of Radar and Communication,CRC)系统的协同共存和双功能雷达-通信(DFRC)系统。在CRC中，雷达和通信是两个独立的系统。CRC的频谱共享方法主要集中在干扰缓解方案上，如认知无线电接入、干扰对齐方法和发射波束形成设计。然而，这种方法需要独立的雷达和通信系统具有集中的控制实体，并且可以彼此交换某些信息，这就增加了系统的复杂性并且难以实现。为了便于实现，DFRC是一个很有前途的方向，它在共享频谱和硬件平台上进行雷达感知和通信，具有体积小、重量轻、成本低的优点。因此，DFRC技术可以应用于各种用户终端，如无人机、自动驾驶汽车，甚至未来的手机。DFRC支持的终端(userterminals,UTs)将在未来的无线通信网络中无处不在。因此，研究多DFRC使能的UTs场景并研究传输方案以提高频谱效率和系统性能是有应用意义的。

值得注意的是，DFRC技术已经在工业界和学术界广泛讨论。已经许多有关于多用户多输入多输出通信和多输入多输出雷达的联合设计方面的论文，并且在文中比较了两种部署方案来评估联合传输方案。此外，还有论文讨论了DFRC系统的信号模型、基于波束图调制的信息嵌入和波形设计。也有文章已提出了一种用于双功能多输入多输出雷达和多用户多输入多输出通信发射机的新型联合发射波束成形模型，其中雷达波形和通信符号由不同波束独立发射。类似地，基于大规模多输入多输出阵列的多波束设计和发射功率分配也已被考虑用于实现DFRC，旨在提供多个同时发射波束，以支持高效的波束成形通信和雷达感知。在这些工作的基础上，基于大规模多输入多输出阵列的多波束方案是实现DFRC的一种有效方法。

通常来说，雷达感知的信号处理和数据分析非常复杂，需要大量的计算资源。此外，提取结果的正确性对雷达感知性能有重要影响。例如，监视雷达检测目标是否存在时提取所需信号，并拒绝由地面杂波、射频干扰和噪声源引起的雷达回波等不需要的信号。此外，越来越多的智能算法被提出用于雷达信号数据处理，以提取更多有用的信息，例如机器学习和深度学习。而大量的雷达数据和先进的处理算法将成为UTs的沉重计算负担。移动边缘计算(MEC)是一项有希望减轻UTs计算负担的技术。由于UT采用大规模多输入多输出阵列进行联合发射机联合预编码通信符号和雷达波形，多输入多输出计算卸载可用于提高卸载效率。为此，本发明提出了一个多用户终端感知和通信场景，其中每个用户终端通过使用DFRC技术同时执行雷达感知和通信，并且使用MEC技术来辅助雷达信号的计算。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有边缘计算辅助的集成雷达感知和无线通信方法，该方法利用大规模多输入多输出阵列和双功能雷达通信技术，在同一频谱上同时执行雷达感知和计算卸载，满足未来通信网络中雷达信号处理的需求。

为实现上述目的，本发明采用的方案为：