[發明專利]基于雙功能雷達與通信系統的發射波束與RIS離散相移矩陣聯合優化方法

在審

• 申請號: 202211589631.2
• 申請日: 2022-12-12
• 公開（公告）號: CN116170043A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 陳真;黃磊
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;G01S7/41;G01S13/88
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 鄭秋松

本發明公開了一種基于雙功能雷達與通信系統的發射波束與RIS離散相移矩陣聯合優化方法，該方法包括下述步驟：構建智能反射面輔助的雙功能雷達與通信系統，在傳感和通信的約束下構建發射波束賦形矢量和相移矩陣的聯合優化問題；針對波束賦形向量，基于二分搜索算法，利用拉格朗日對偶分解方法構建近似最優封閉解求解方法，獲取全局最優解；量化RIS的離散相移矩陣，基于優化最小化方法將二次約束二次規劃轉化為半定松弛問題進行求解，完成求解目標問題的交替優化過程。本發明通過RIS的部署以提高DRC系統在路徑損失嚴重環境中的雷達探測性能，聯合優化RIS相移矩陣與波束賦形向量，并提出RIS離散相移設計方法以降低硬件復雜度，有效提高了DRC系統性能。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，具體涉及一種基于雙功能雷達與通信系統的發射波束與RIS離散相移矩陣聯合優化方法。

背景技術

隨著第五代移動通信的迅速發展，連接設備的數量急劇增加，對頻譜資源的需求日益強烈。雙功能雷達和通信(dual-function?radar?and?communication,DRC)系統，將雷達和通信系統集成在一個系統中，可以有效降低系統功耗，減少電磁干擾，并提高硬件共享效率。然而，一個具有挑戰性的問題是，DRC系統需要設計能夠同時完成數據傳輸和雷達感知任務的傳輸波形。現有的研究成果往往并沒有考慮到實際情況，即目標位于擁擠區域內，路徑損失占所有路徑的主導地位。在這種情況下，雷達輔助基站(base?station,BS)接收到的回波信號會由于嚴重的信道衰減而減弱，嚴重地限制了DRC系統的性能。

與此同時，智能反射面(reconfigurable?intelligent?surface，RIS)輔助無線通信在實現智能和可重構通信環境方面受到了廣泛關注。RIS通過連續或離散地調節其反射單元的相位，具有增強所需信號和抑制所需信號的能力。并且，RIS不使用任何發射射頻鏈，可以有效降低硬件和能源成本。此外，RIS可以靈活安裝在建筑物的墻壁或天花板上，以整合現有的蜂窩和WiFi系統，而不需要改變接入點或用戶終端的硬件。因此，為了減輕嚴重的信道衰落問題，可以考慮在DRC系統中的BS附近部署RIS，以提供額外的傳輸鏈路，從而有效支持雷達探測，提高DRC系統性能，雖然通過增加RIS元素來提高系統性能是一種很好的方案，但大量的RIS反射元素的存在，導致了硬件需求的大幅增加。因此，亟需一種發射波束與RIS離散相移矩陣聯合的優化方法。

發明內容

為了克服現有技術存在的缺陷與不足，本發明提供一種基于雙功能雷達與通信系統的發射波束與RIS離散相移矩陣聯合優化方法，通過設計RIS的部署以提高DRC系統在路徑損失嚴重環境中的雷達探測性能，聯合優化RIS相移矩陣與波束賦形向量，并提出RIS離散相移設計方法以降低硬件復雜度。

本發明的第二目的在于提供一種基于雙功能雷達與通信系統的發射波束與RIS離散相移矩陣聯合優化系統。

本發明的第三目的在于提供一種存儲介質。

本發明的第四目的在于提供一種計算設備。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種基于雙功能雷達與通信系統的發射波束與RIS離散相移矩陣聯合優化方法，包括下述步驟：

構建智能反射面輔助的雙功能雷達與通信系統，在傳感和通信的約束下，構建發射波束賦形矢量和相移矩陣的聯合優化問題；

針對波束賦形向量，基于二分搜索算法，利用拉格朗日對偶分解方法，構建近似最優封閉解求解方法，獲取全局最優解；

量化RIS的離散相移矩陣，基于優化最小化方法，將二次約束二次規劃轉化為半定松弛問題進行求解，完成求解目標問題的交替優化過程。