多天线通感一体化的干扰消除方法研究.pdf
摘要
随着现代通信技术的不断发展,人类社会实现了从2G(2ndGeneration,2G)到
5G(5thGeneration,5G)的跨越,由于人类对科技的不断探索,新一代无线通信系
统正紧锣密鼓的研发中。而现代社会中智能家居,人机交互,目标识别等技术都
对通信性能有更高的要求。通信感知一体化(Integratedsensingandcommunication,
ISAC)技术的快速发展使得这些新兴应用成为了可能。而多输入多输出(Multiple
InputMultipleOutput,MIMO)系统作为传统通信和雷达中重要的技术,也在ISAC
设计中得到了重视。但是,ISAC系统面临通信和感知的干扰问题,严重的制约了
ISAC的发展,因此,干扰消除在ISAC系统的研究中有极大的研究价值。因此,
本文研究了多天线通信感知一体化干扰消除问题,本文主要研究内容如下:
本文研究了基于非正交多址接入(Non-OrthogonalMultipleAccess,NOMA)的
ISAC系统干扰消除问题,首先建立了ISAC系统模型,将部分专用感知信号视为
虚拟通信信号。将此干扰消除问题转化为在功率约束下的最大平均可实现和速率
的优化问题。其次,为了解决该优化问题,本文提出了基于分式规划算法
(FractionalProgramming,FP)和连续凸逼近秩约束算法(SuccessiveConvex
Approximation,SCA)的优化设计算法。仿真结果表明,本文提出的干扰消除方案
在不牺牲了感知性能的前提下,对通信性能有明显的提升,并实现对结合NOMA
的ISAC系统接收信号的干扰消除。
本文还研究了基于可重构智能反射面(ReconfigurableIntelligentSurface,RIS)
的ISAC系统的干扰消除问题,首先建立了基于RIS反射矩阵的ISAC系统模型,
并将设计问题分别转化为在总功率约束和平均功率约束下最小多用户干扰(Multi-
userinterference,MUI)的优化问题。为了解决该问题,本文提出了基于交替优化
算法和黎曼梯度下降算法的优化设计算法。仿真实验表明,本文提出的设计方案
在保证了感知性能的同时,对用户的通信速率有较大的提升,与原有的方案相比,
本文进一步降低了MUI,实现了用户间的干扰消除。本文提出的对每根天线实行
平均功率约束的性能拥有和总功率约束相近的性能,表现出了良好的实用性。与
半定松弛(SemidefiniteRelaxation,SDR)算法相比,本文提出的算法在精度上有更
明显的改善,间接提升了通信性能。
关键词:通信感知一体化,干扰消除,非正交多址接入,可重构智能反射面
ABSTRACT
Withthecontinuousdevelopmentofmoderncommunicationtechnology,human
societyhasbeenrealizedtheleapfrom2ndGeneration(2G)to5thGeneration(5G).Due
tohumanscontinuousexplorationofscienceandtechnology,thenew-generation
wirelesscommunicationsystemisunderintenseresearchanddevelopment.Inmodern
society,smarthome,human-computerinteraction,targetrecognitionandother
technologieshavebeenputforwardhigherrequirementsforcommunication.Therapid
developmentofIntegratedsensingandcommunication(ISAC)technologyismadethese
emergingapplicationspossible.AndMultipleInputMultipleO