[發(fā)明專利]一種具有邊緣計(jì)算輔助的集成雷達(dá)感知和無(wú)線通信方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111175970.1
• 申請(qǐng)日: 2021-10-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113922854B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王剛;丁昌峰;王俊波;張華;楊帆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/06
• 分類號(hào): H04B7/06;H04B7/0456;H04B7/08;H04B7/0426;G01S7/41;G01S7/36;H04L67/10
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 孫峰

本發(fā)明公開(kāi)了一種具有邊緣計(jì)算輔助的集成雷達(dá)感知和無(wú)線通信方法，包括：建立通信、雷達(dá)感知和移動(dòng)邊緣計(jì)算集成架構(gòu)，在基站側(cè)引入邊緣計(jì)算服務(wù)器；建立用戶終端多輸入多輸出雷達(dá)波束方向圖設(shè)計(jì)傳輸模型，以及邊緣計(jì)算中相關(guān)的能耗和處理數(shù)據(jù)量模型；對(duì)多目標(biāo)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，并求出計(jì)算卸載的多輸入多輸出預(yù)編碼設(shè)計(jì)以及雷達(dá)感知和邊緣計(jì)算資源分配的發(fā)射預(yù)編碼矩陣；基于延遲約束，求出局部計(jì)算資源分配。本發(fā)明利用大規(guī)模多輸入多輸出陣列和雙功能雷達(dá)通信技術(shù)，在同一頻譜上同時(shí)執(zhí)行雷達(dá)感知和計(jì)算卸載，滿足未來(lái)通信網(wǎng)絡(luò)中雷達(dá)信號(hào)處理的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雙功能雷達(dá)通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有邊緣計(jì)算輔助的集成雷達(dá)感知和無(wú)線通信方法。

背景技術(shù)

過(guò)去十幾年中，越來(lái)越多的設(shè)備漸漸具有感知能力，傳統(tǒng)的傳感方法包括攝像頭、紅外傳感器、超聲波傳感器等。與這些傳感技術(shù)相比，基于無(wú)線電的傳感方法應(yīng)用更廣，并且在惡劣環(huán)境下具有更加穩(wěn)健的性能，同時(shí)無(wú)線電對(duì)于支持傳感的設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制消息交換和數(shù)據(jù)通信也是必不可少的。隨著支持雷達(dá)感知的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的急劇增加，頻譜擁塞將成為一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。因此，共享的頻帶的雷達(dá)感知和無(wú)線電通信的融合系統(tǒng)吸引了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的興趣。

一般來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)與通信聯(lián)合的機(jī)制有兩種:雷達(dá)與通信(Coexistence/Cooperation of Radar and Communication,CRC)系統(tǒng)的協(xié)同共存和雙功能雷達(dá)-通信(DFRC)系統(tǒng)。在CRC中，雷達(dá)和通信是兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。CRC的頻譜共享方法主要集中在干擾緩解方案上，如認(rèn)知無(wú)線電接入、干擾對(duì)齊方法和發(fā)射波束形成設(shè)計(jì)。然而，這種方法需要獨(dú)立的雷達(dá)和通信系統(tǒng)具有集中的控制實(shí)體，并且可以彼此交換某些信息，這就增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性并且難以實(shí)現(xiàn)。為了便于實(shí)現(xiàn)，DFRC是一個(gè)很有前途的方向，它在共享頻譜和硬件平臺(tái)上進(jìn)行雷達(dá)感知和通信，具有體積小、重量輕、成本低的優(yōu)點(diǎn)。因此，DFRC技術(shù)可以應(yīng)用于各種用戶終端，如無(wú)人機(jī)、自動(dòng)駕駛汽車，甚至未來(lái)的手機(jī)。DFRC支持的終端(userterminals,UTs)將在未來(lái)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中無(wú)處不在。因此，研究多DFRC使能的UTs場(chǎng)景并研究傳輸方案以提高頻譜效率和系統(tǒng)性能是有應(yīng)用意義的。

值得注意的是，DFRC技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界廣泛討論。已經(jīng)許多有關(guān)于多用戶多輸入多輸出通信和多輸入多輸出雷達(dá)的聯(lián)合設(shè)計(jì)方面的論文，并且在文中比較了兩種部署方案來(lái)評(píng)估聯(lián)合傳輸方案。此外，還有論文討論了DFRC系統(tǒng)的信號(hào)模型、基于波束圖調(diào)制的信息嵌入和波形設(shè)計(jì)。也有文章已提出了一種用于雙功能多輸入多輸出雷達(dá)和多用戶多輸入多輸出通信發(fā)射機(jī)的新型聯(lián)合發(fā)射波束成形模型，其中雷達(dá)波形和通信符號(hào)由不同波束獨(dú)立發(fā)射。類似地，基于大規(guī)模多輸入多輸出陣列的多波束設(shè)計(jì)和發(fā)射功率分配也已被考慮用于實(shí)現(xiàn)DFRC，旨在提供多個(gè)同時(shí)發(fā)射波束，以支持高效的波束成形通信和雷達(dá)感知。在這些工作的基礎(chǔ)上，基于大規(guī)模多輸入多輸出陣列的多波束方案是實(shí)現(xiàn)DFRC的一種有效方法。

通常來(lái)說(shuō)，雷達(dá)感知的信號(hào)處理和數(shù)據(jù)分析非常復(fù)雜，需要大量的計(jì)算資源。此外，提取結(jié)果的正確性對(duì)雷達(dá)感知性能有重要影響。例如，監(jiān)視雷達(dá)檢測(cè)目標(biāo)是否存在時(shí)提取所需信號(hào)，并拒絕由地面雜波、射頻干擾和噪聲源引起的雷達(dá)回波等不需要的信號(hào)。此外，越來(lái)越多的智能算法被提出用于雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理，以提取更多有用的信息，例如機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)。而大量的雷達(dá)數(shù)據(jù)和先進(jìn)的處理算法將成為UTs的沉重計(jì)算負(fù)擔(dān)。移動(dòng)邊緣計(jì)算(MEC)是一項(xiàng)有希望減輕UTs計(jì)算負(fù)擔(dān)的技術(shù)。由于UT采用大規(guī)模多輸入多輸出陣列進(jìn)行聯(lián)合發(fā)射機(jī)聯(lián)合預(yù)編碼通信符號(hào)和雷達(dá)波形，多輸入多輸出計(jì)算卸載可用于提高卸載效率。為此，本發(fā)明提出了一個(gè)多用戶終端感知和通信場(chǎng)景，其中每個(gè)用戶終端通過(guò)使用DFRC技術(shù)同時(shí)執(zhí)行雷達(dá)感知和通信，并且使用MEC技術(shù)來(lái)輔助雷達(dá)信號(hào)的計(jì)算。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有邊緣計(jì)算輔助的集成雷達(dá)感知和無(wú)線通信方法，該方法利用大規(guī)模多輸入多輸出陣列和雙功能雷達(dá)通信技術(shù)，在同一頻譜上同時(shí)執(zhí)行雷達(dá)感知和計(jì)算卸載，滿足未來(lái)通信網(wǎng)絡(luò)中雷達(dá)信號(hào)處理的需求。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的方案為：