電子科技大學長三角研究院(衢州)楊鯤獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉電子科技大學長三角研究院(衢州)申請的專利一種傳感輔助通信方法、裝置、設備及可讀存儲介質獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN119545305B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-09-26發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202411654118.6,技術領域涉及:H04W4/38;該發明授權一種傳感輔助通信方法、裝置、設備及可讀存儲介質是由楊鯤;周圣才;向路平;劉強;韋云凱設計研發完成,并于2024-11-19向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種傳感輔助通信方法、裝置、設備及可讀存儲介質在說明書摘要公布了:本發明公開了一種傳感輔助通信方法、裝置、設備及可讀存儲介質,包括獲取假設條件和空中基站通信參數;構建空中基站通信模型,包括構建ISAC信號模型、構建全向通信與雷達模型和構建定向通信與雷達模型;根據ISAC信號模型、全向通信與雷達模型向各物聯網設備發送全向波束,并執行接收步驟:接收各物聯網設備的回波信息;執行優化步驟:在回波信息中提取傳感信息,并基于傳感信息采用非凸算法優化波束;執行發射步驟:根據定向通信與雷達模型以及優化后的波束向各物聯網設備發射定向波束;依次重復接收步驟、優化步驟以及發射步驟。本發明通信開銷低,具有更高的匹配濾波增益,沒有量化誤差,能夠實現更準確的感知效果,保證了最大通信速率。
本發明授權一種傳感輔助通信方法、裝置、設備及可讀存儲介質在權利要求書中公布了:1.一種傳感輔助通信方法,其特征在于,包括: 獲取第一信息,所述第一信息包括假設條件和空中基站通信參數; 根據所述第一信息構建空中基站通信模型,包括構建ISAC信號模型、構建全向通信與雷達模型和構建定向通信與雷達模型; 根據所述ISAC信號模型、全向通信與雷達模型向各物聯網設備發送全向波束,并執行接收步驟:接收各所述物聯網設備的回波信息; 執行優化步驟:在所述回波信息中提取傳感信息,并基于所述傳感信息采用非凸算法優化波束; 執行發射步驟:根據所述定向通信與雷達模型以及優化后的波束向各所述物聯網設備發射定向波束; 依次重復所述接收步驟、所述優化步驟以及所述發射步驟,實現傳感輔助通信方法; 獲取第一信息,包括: 獲取假設條件,所述假設條件包括假設空中基站擅長感知近端單天線物聯網設備,并促進與它們的下行通信,假設空中基站僅通過視距通道感知并與物聯網設備通信,假設在初始階段,空中基站有附近K個設備的不精確的信道信息,空中基站周圍分布有潛在未知數量的、沒有信道信息的設備; 獲取空中基站通信參數,所述空中基站通信參數包括:所述空中基站配備包含根天線的發射均勻線性陣列和包含天線的不同接收均勻線性陣列,所述空中基站的通信協議持續N個時間間隔,每個時間間隔長度為; 構建ISAC信號模型,包括: 所述ISAC信號模型為: 1, 表示第1個設備在時隙n發射的通信信息,表示第K個設備在時隙n發射的通信信息,t表示連續的時間,T表示矩陣的轉置; 波束形成過程之后,得到發射信號為: 2, 其中表示波束形成矩陣; 構建全向通信與雷達模型,包括: 通信中,空中基站到第k個設備的信道向量表示為: 3, 式中表示參考距離處的路徑損耗,空中基站與第k個設備之間的距離為,針對設備k的轉向向量表示為: , 式中,j表示虛數,表示波長,d表示相鄰兩根天線之間的間隙,為設備k的角度,因此,第k個設備接收到的信號為: , 其中表示接收端的加性高斯白噪聲(AWGN),表示服從復高斯分布,均值為0,方差為,表示對信道的共軛轉置,設發射功率為單位值,根據全向波束方向圖原理,需要保證的正交性,當時,全向波束的空間協方差矩陣為: , 其中和分別表示發射信號與波束形成矩陣的共軛轉置,為的單位矩陣,第k個器件的接收信干噪比(SINR)表示為: , 由于信道不隨時間改變,所以將簡寫為; 如果,線性預編碼器是冗余的;于是,可以直接操縱K個天線分別發射K個ISAC信號,接收到的SINR與式(7)相同,物聯網設備k在第n個時隙內可實現的總通信速率記為; 由于MIMO正交波形回波仍然是正交的,因此雷達可以識別各設備的反射,因此,對于設備k,接收到的回波反射表示為: , 式中,是轉向向量的共軛轉置,是經過時延的發射信號,為接收轉向矢量,其結構與相同,表示方差為的零均值復加性高斯白噪聲,和表示設備k在時隙n內的反射系數和時延,反射系數表示為,其中為雷達截面積(RCS),使用經典的匹配濾波方法,可以估計信號延遲,并且可以得到提煉的輸出向量為: , 式中為匹配濾波后的信號處理增益,噪聲矩陣由獨立、零均值和服從復高斯分布的方差組成,另外,有延遲時,距離通過測距的模型進行推導,測距的模型為,表示光速,采用Capon方法或廣義似然比檢驗(GLRT),ABS與設備k之間的夾角推導為,因為角度不隨時間改變,所以與等價,距離和角度的測量模型均采用高斯分布模型,也就是說和分別表示零均值、方差為和的高斯噪聲,考慮到獲取和的方差的挑戰,由于其無偏估計和提供更低的MSE界限的能力,使用克拉美羅界(CRB)作為感知度量: , , 其中預設常數是和,與系統結構有關,雷達回波信噪比記為,有效帶寬的平方為,波束圖的均方根孔徑寬度為,其中σ2是回波噪聲的方差; 構建定向通信與雷達模型,包括: 設置為; 通信過程中,設備k接收到的信號表示為 , 簡而言之,設備k的SINR可以表示為 , 其中,波束形成向量為從中提取的第k列向量,對于時隙n,i表示第i個物體,表示從中提取的第i列向量,與物聯網設備k相關的總通信速率為; 在大規模MIMO條件下,不同角度的轉向矢量是漸近正交的,因此反射回波不會相互干擾,同樣,接收到的回波反射的特征為 , 其中是經過時延的原始發射信號; 雷達回波信號的信噪比可描述為 ; 在所述回波信息中提取傳感信息,并基于所述傳感信息采用非凸算法優化波束,包括: 構建目標函數,所述目標函數為: , 構建約束條件,所述約束條件包括: , , , , 優化的變量為空中基站給每個設備的波束形成矩陣,其中,表示每個設備的最小通信速率,H表示共軛轉置,表示n-1時隙空中基站對物體k的估計角度,表示所有滿足的覆蓋角度的轉向向量,表示矩陣的跡,表示波束覆蓋角度,l表示波束寬度控制系數,是n-1時隙空中基站對物體k的估計角度的方差,Bk是波束平滑度控制系數; 限制C1代表傳發射功率的嚴格限制,限制C2代表半定約束、厄米約束和秩一約束,限制C4確保每個設備的最小通信速率,限制C5代表波束覆蓋范圍的嚴格控制; 松弛秩一約束,運用SCA將非凹目標函數近似為凹目標函數,并迭代求解;首先對目標函數進行一階泰勒展開,得到: , 其中,被定義為,將作為新的目標函數,此時變成凸的迭代目標函數,通過CVX解決; 假設為所得迭代最優解,采用IRM算法使解逐漸逼近秩一,用和分別代替和并分別表示迭代最優解,第次迭代的解,必須滿足充要條件才能成為秩一矩陣,表示×的單位矩陣,是的個較小特征值所對應的特征向量組成的矩陣,r是趨于0的正數,在第次迭代,IRM問題被構造如下: 目標函數: (23), 約束條件: (24), (25), (26), (27), (28), 其中: , , 其中,表示懲罰系數,經過多次迭代,當足夠小時,是秩一解。
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