通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication,ISAC)系统可以将通信感知功能有机融合,以取得更高的频谱效率和硬件利用率,但传统的大规模集中式天线阵列在平面波假设下无法提供距离维增益,且其混合波束赋形设计为非凸优化问题...通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication,ISAC)系统可以将通信感知功能有机融合,以取得更高的频谱效率和硬件利用率,但传统的大规模集中式天线阵列在平面波假设下无法提供距离维增益,且其混合波束赋形设计为非凸优化问题,仍是具有挑战性的难题。为此,提出了一种基于子阵列的混合波束赋形设计方案,在较低的硬件复杂度下通过扩展球面波区域范围提供距离维增益,以在满足感知性能约束和发射功率预算的前提下最大化通信速率。首先提出了一种基于分式规划和最优化最小化方法的算法,将非凸优化问题转化为凸问题后迭代求解得到一个联合波束赋形矩阵;进而提出一种基于流形优化和最小二乘法的算法,迭代求解后将其分解为数字/模拟波束赋形矩阵。仿真结果表明,基于子阵列的算法相较于集中式阵列能够获得更多的距离维信息和感知自由度,通信性能提升40%,且流形优化后混合波束赋形方案能够很好地逼近联合优化的数字波束赋形方案的性能。展开更多
针对毫米波(millimeter-wave,mmWave)通信感知一体化(integrated sensing and communication,ISAC)系统中混合波束赋形矩阵求解复杂度过高的问题,提出了一种权衡通信和雷达感知性能的低复杂度算法。首先引入辅助矩阵保证通信和雷达全数...针对毫米波(millimeter-wave,mmWave)通信感知一体化(integrated sensing and communication,ISAC)系统中混合波束赋形矩阵求解复杂度过高的问题,提出了一种权衡通信和雷达感知性能的低复杂度算法。首先引入辅助矩阵保证通信和雷达全数字波束赋形矩阵维度一致,并设计了能够提升权衡性能的构造方法。基于上述结果,在恒模约束和功率约束下设计模拟和数字波束赋形矩阵,最小化其与通信和雷达全数字波束赋形矩阵间的欧氏距离加权和。对于所建立的非凸优化问题,提出了加权正交匹配追踪(weighting-orthogonal matching pursuit,W-OMP)算法进行求解。仿真分析表明,所提算法在保持通信性能的同时,能够有效地生成指向检测目标的波束。展开更多
针对宽带多天线毫米波系统面临的频率选择性信道衰落和硬件实现约束,提出结合单载波频域均衡技术的数模混合波束赋形算法。以均衡器输出信号的最小均方误差为准则,优化波束赋形矩阵和均衡器的系数。为降低求解复杂度,应用迭代天线阵列...针对宽带多天线毫米波系统面临的频率选择性信道衰落和硬件实现约束,提出结合单载波频域均衡技术的数模混合波束赋形算法。以均衡器输出信号的最小均方误差为准则,优化波束赋形矩阵和均衡器的系数。为降低求解复杂度,应用迭代天线阵列训练技术将原始优化问题分解为在基站和用户端的本地优化问题,使需优化的系数通过通信两端的交替迭代处理获得收敛。仿真表明:提出的新算法在误比特率为10^(-4)时较传统算法在信噪比上具有约2 d B的性能增益。展开更多
针对通信频谱资源的匮乏以及去蜂窝MIMO在资源利用方面的优势,提出了一种毫米波(millimeter-wave,mmWave)场景下的去蜂窝MIMO通感一体化(intergraded sensing and communication,ISAC)系统。在该系统中,基站为用户提供服务的同时,多天...针对通信频谱资源的匮乏以及去蜂窝MIMO在资源利用方面的优势,提出了一种毫米波(millimeter-wave,mmWave)场景下的去蜂窝MIMO通感一体化(intergraded sensing and communication,ISAC)系统。在该系统中,基站为用户提供服务的同时,多天线用户设备能够主动检测多个目标。研究目标是设计模拟和数字波束形成器,以优化通信和雷达波束形成误差的加权和。研究中考虑了2种功率约束,并采用改进的正交匹配追踪算法和黎曼共轭梯度算法进行优化。对通信频谱效率和雷达波束方向图进行仿真分析,结果表明,混合波束方案能在频谱利用和波束指向方面实现折中的性能,这种方案对于提高系统性能具有潜在的应用前景。展开更多
文摘通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication,ISAC)系统可以将通信感知功能有机融合,以取得更高的频谱效率和硬件利用率,但传统的大规模集中式天线阵列在平面波假设下无法提供距离维增益,且其混合波束赋形设计为非凸优化问题,仍是具有挑战性的难题。为此,提出了一种基于子阵列的混合波束赋形设计方案,在较低的硬件复杂度下通过扩展球面波区域范围提供距离维增益,以在满足感知性能约束和发射功率预算的前提下最大化通信速率。首先提出了一种基于分式规划和最优化最小化方法的算法,将非凸优化问题转化为凸问题后迭代求解得到一个联合波束赋形矩阵;进而提出一种基于流形优化和最小二乘法的算法,迭代求解后将其分解为数字/模拟波束赋形矩阵。仿真结果表明,基于子阵列的算法相较于集中式阵列能够获得更多的距离维信息和感知自由度,通信性能提升40%,且流形优化后混合波束赋形方案能够很好地逼近联合优化的数字波束赋形方案的性能。
文摘针对宽带多天线毫米波系统面临的频率选择性信道衰落和硬件实现约束,提出结合单载波频域均衡技术的数模混合波束赋形算法。以均衡器输出信号的最小均方误差为准则,优化波束赋形矩阵和均衡器的系数。为降低求解复杂度,应用迭代天线阵列训练技术将原始优化问题分解为在基站和用户端的本地优化问题,使需优化的系数通过通信两端的交替迭代处理获得收敛。仿真表明:提出的新算法在误比特率为10^(-4)时较传统算法在信噪比上具有约2 d B的性能增益。
文摘混合波束赋形在射频模拟域波束赋形的基础上,通过在基带实现数字域波束赋形来进一步提高数据速率.本文针对基于混合波束赋形的室内毫米波MIMO(Multiple Input Multiple Output)系统进行性能分析,分别评估了迫零(Zero Force,ZF)接收机、最小均方误差(Minimum Mean Square Error,MMSE)接收机以及匹配滤波(Matched Filter,MF)接收机在基于码本的最优波束选择下的传输速率,并对接收机在不同的信道环境下进行性能评估.仿真结果表明,无论视距(Line-Of-Sight,LOS)传播路径是否被遮挡,MMSE接收机和ZF接收机在总发射功率较高时均具有接近容量的性能;在总发射功率较低时MMSE接收机的性能则略优于ZF接收机.相反,MF接收机始终保持较差的性能.系统可根据总发射功率大小以及接收机的实现复杂度来选取合适的接收机.本文所研究的系统可应用于实际室内无线个域网(Wireless Personal Area Networks,WPAN)以实现高速短距无线通信.
文摘针对通信频谱资源的匮乏以及去蜂窝MIMO在资源利用方面的优势,提出了一种毫米波(millimeter-wave,mmWave)场景下的去蜂窝MIMO通感一体化(intergraded sensing and communication,ISAC)系统。在该系统中,基站为用户提供服务的同时,多天线用户设备能够主动检测多个目标。研究目标是设计模拟和数字波束形成器,以优化通信和雷达波束形成误差的加权和。研究中考虑了2种功率约束,并采用改进的正交匹配追踪算法和黎曼共轭梯度算法进行优化。对通信频谱效率和雷达波束方向图进行仿真分析,结果表明,混合波束方案能在频谱利用和波束指向方面实现折中的性能,这种方案对于提高系统性能具有潜在的应用前景。
