CN114978836A - 探测通信一体化方法及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种探测通信一体化方法及电子设备，包括：确定第一信号和第二信号；将第一信号映射到时延多普勒域后转换到时频域，得到第一时频域信号，将第二信号映射到时频域，得到第二时频域信号，将第一时频域信号和第二时频域信号叠加后转换到时域，得到时域信号；将时域信号发送至第二设备；接收回波信号，并根据回波信号确定第二设备的位置，其中，回波信号中包括第二设备反射的回波信号。本公开将两种信号分别映射时延多普勒域和时频域进行调制后叠加，在与目标通信的同时对目标进行探测，可以有效降低系统误码率以提高通信的可靠性，且提高探测精确度。

Description

探测通信一体化方法及电子设备
技术领域
本公开涉及通信探测一体化技术领域，尤其涉及一种探测通信一体化方法及电子设备。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本公开的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
探测和通信是生产生活中的常用功能，两者的实现需要占据不同的频谱资源，在使得本就有限的频谱更加拥挤的同时，两种功能间的相互干扰也影响各自的性能。
探测通信一体化将独立的探测与通信系统集成一起，通过共用一套硬件设备实现目标探测与信息传输功能，相比传统单一的探测与通信系统，其具有节约平台空间、降低平台能耗以及提高平台安全性等优点。
然而，对于高速移动的目标即高动态场景，现有技术的方案中，目标的高速移动会形成干扰，进而导致通信性能不佳。
发明内容
有鉴于此，本公开的目的在于提出一种探测通信一体化方法及电子设备。
基于上述目的，本公开示例性实施例提供了一种探测通信一体化方法，应用于第一设备，所述方法包括：
确定第一信号和第二信号；
将所述第一信号映射到时延多普勒域后转换到时频域，得到第一时频域信号，将所述第二信号映射到时频域，得到第二时频域信号，将所述第一时频域信号和所述第二时频域信号叠加后转换到时域，得到时域信号；
将所述时域信号发送至第二设备；
接收回波信号，并根据所述回波信号确定所述第二设备的位置，其中，所述回波信号中包括所述第二设备反射的回波信号。
在一些示例性实施例中，所述将所述第一信号映射到时延多普勒域后转换到时频域，得到第一时频域信号，包括：
将所述第一信号映射到时延多普勒域，得到第一时延多普勒域信号；
利用逆辛有限傅里叶变换将所述第一时延多普勒域信号转换到时频域，得到所述第一时频域信号。
在一些示例性实施例中，所述将所述第一时频域信号和所述第二时频域信号叠加后转换到时域，得到时域信号，包括：
将所述第一时频域信号和所述第二时频域信号在时频域进行非正交多址接入叠加，得到叠加时频域信号；
利用快速傅里叶逆变换将所述叠加时频域信号转换到时域，得到所述时域信号。
在一些示例性实施例中，所述时域信号由若干时域符号组成；
所述将所述时域信号发送至第二设备，包括：
在每个所述时域符号前添加循环前缀，得到添加循环前缀后的时域符号，依次发送所述添加循环前缀后的时域符号。
在一些示例性实施例中，所述接收回波信号，并根据所述回波信号确定所述第二设备的位置，包括：
利用均匀线性阵列对所述回波信号进行角度域分离，得到所述第二设备反射的回波信号；
根据所述时域信号和所述第二设备反射的回波信号，确定所述第二设备的位置以及所述第一设备与所述第二设备之间的距离。
基于同一发明构思，本公开示例性实施例还提供了一种探测通信一体化方法，应用于第二设备，所述方法包括：
接收第一设备发送的时域信号；
将所述时域信号转换到时频域后转换到时延多普勒域，得到时延多普勒域信号；
对所述时延多普勒域信号进行均衡，得到均衡后的时延多普勒域信号；
对所述均衡后的时延多普勒域信号进行解调，得到消息。
在一些示例性实施例中，所述将所述时域信号转换到时频域后转换到时延多普勒域，得到时延多普勒域信号，包括：
将所述时域信号转换到时频域，得到时频域信号；
通过辛有限傅里叶变换将所述时频域信号转换到时延多普勒域，得到所述时延多普勒域信号。
在一些示例性实施例中，所述对所述时延多普勒域信号进行均衡，得到均衡后的时延多普勒域信号，包括：
利用均衡矩阵对所述时延多普勒域信号进行均衡，得到所述均衡后的时延多普勒域信号。
在一些示例性实施例中，所述消息包括第一信号和第二信号；
所述均衡后的时延多普勒域信号中包括第一信号部分时延多普勒域信号和第二信号部分时延多普勒域信号；
所述对所述均衡后的时延多普勒域信号进行解调，得到消息，包括：
响应于确定所述第二设备为所述第一信号的发送目标，解调所述第一信号部分时延多普勒域信号，得到所述第一信号；
响应于确定所述第二设备为所述第二信号的发送目标，将所述第二信号部分时延多普勒域信号转换到时频域，得到第二信号部分时频域信号，解调所述第二信号部分时频域信号，得到所述第二信号。
基于同一发明构思，本公开示例性实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上任意一项所述的方法。
从上面所述可以看出，本公开实施例提供的探测通信一体化方法及电子设备，包括：确定第一信号和第二信号；将第一信号映射到时延多普勒域后转换到时频域，得到第一时频域信号，将第二信号映射到时频域，得到第二时频域信号，将第一时频域信号和第二时频域信号叠加后转换到时域，得到时域信号；将时域信号发送至第二设备；接收回波信号，并根据回波信号确定第二设备的位置，其中，回波信号中包括第二设备反射的回波信号。本公开将两种信号分别映射时延多普勒域和时频域进行调制后叠加，在与目标通信的同时对目标进行探测，可以有效降低系统误码率以提高通信的可靠性，且提高探测精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本公开实施例的应用场景示意图；
图2为本公开实施例提供的探测通信一体化方法的一种流程示意图；
图3为本公开实施例提供的探测通信一体化方法的另一种流程示意图；
图4为根据本公开实施例提供的波束成形设计方法的仿真实验结果的示意图；
图5为根据本公开实施例提供的信号功率分配方法的仿真实验结果的示意图；
图6为本公开实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将参考若干示例性实施方式来描述本公开的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本公开，而并非以任何方式限制本公开的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本公开的实施方式，提出了一种探测通信一体化方法及电子设备。
在本文中，需要理解的是，附图中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而不具有任何限制含义。
需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
下面参考本公开的若干代表性实施方式，详细阐释本公开的原理和精神。
如背景技术部分所述，探测和通信是生产生活中的常用功能，两者的实现需要占据不同的频谱资源，在使得本就有限的频谱更加拥挤的同时，两种功能间的相互干扰也影响各自的性能。
探测通信一体化将独立的探测与通信系统集成一起，通过共用一套硬件设备实现目标探测与信息传输功能，相比传统单一的探测与通信系统，其具有节约平台空间、降低平台能耗以及提高平台安全性等优点。
然而，本公开的发明人发现，相关技术中，在高动态场景下，由于目标高速移动所带来的多普勒频移会破坏子载波间的正交性，这将导致子载波间干扰，进而导致系统的通信性能下降。
为了解决上述问题，本公开提供了一种探测通信一体化方案，具体包括：确定第一信号和第二信号；将第一信号映射到时延多普勒域后转换到时频域，得到第一时频域信号，将第二信号映射到时频域，得到第二时频域信号，将第一时频域信号和第二时频域信号叠加后转换到时域，得到时域信号；将时域信号发送至第二设备；接收回波信号，并根据回波信号确定第二设备的位置，其中，回波信号中包括第二设备反射的回波信号。本公开将两种信号分别映射时延多普勒域和时频域进行调制后叠加，在与目标通信的同时对目标进行探测，可以有效降低系统误码率以提高通信的可靠性，且提高探测精确度。
在介绍了本公开的基本原理之后，下面具体介绍本公开的各种非限制性实施方式。
参考图1，其为本公开实施例提供的探测通信一体化方法的应用场景示意图。
该应用场景包括基站110、探测且通信目标120和仅通信目标130。
其中，基站120可以是通信探测一体化(Integrated Sensing andCommunications，ISAC)基站。探测且通信目标120可以是高速移动的目标。仅通信目标130可以是非高速移动的目标。
基站110用于向探测且通信目标120和仅通信目标130发送探测及通信信号，并接收探测且通信目标120反射的回波以确定探测且通信目标120的位置。探测且通信目标120用于接收基站110发送的探测及通信信号，且反射回波。仅通信目标130用于接收基站110发送的探测及通信信号。
下面结合图1的应用场景，来描述根据本公开示例性实施方式的探测通信一体化方法。需要注意的是，上述应用场景仅是为了便于理解本公开的精神和原理而示出，本公开的实施方式在此方面不受任何限制。相反，本公开的实施方式可以应用于适用的任何场景。
参考图2，其为本公开实施例提供的探测通信一体化方法的第一种流程示意图。
在一些示例性实施例中，第一设备可以是通信探测一体化(Integrated Sensingand Communications，ISAC)基站。
所述方法，包括以下步骤：
步骤S210、确定第一信号和第二信号。
其中，信号是运载消息的工具，是消息的载体。
在一些示例性实施例中，第一信号可以是既用于探测目标的位置又用于与目标进行通信的信号；第二信号可以是仅用于与目标进行通信的信号。
在一些示例性实施例中，第一信号的发送目标可以是高速移动的；第二信号的发送目标可以是非高速移动的。
在一些示例性实施例中，第一信号和第二信号可以是由若干符号构成的符号序列。
步骤S220、将所述第一信号映射到时延多普勒域后转换到时频域，得到第一时频域信号，将所述第二信号映射到时频域，得到第二时频域信号，将所述第一时频域信号和所述第二时频域信号叠加后转换到时域，得到时域信号。
在一些示例性实施例中，S220可以包括：
将所述第一信号映射到时延多普勒域，得到第一时延多普勒域信号；
利用逆辛有限傅里叶变换(Inverse Symplectic Finite Fourier Transform，ISFFT)将所述第一时延多普勒域信号转换到时频域，得到所述第一时频域信号。
其中，时延多普勒域信号，可以适用于运动速度较快的目标。
作为一个示例，第一时延多普勒域信号可以表示为：
Figure BDA0003614514630000061
作为一个示例，第一时频域信号可以表示为：
Figure BDA0003614514630000062
在一些示例性实施例中，S220可以包括：
将不同发送目标的第二信号分别映射在时频域中，得到若干第二时频域信号。
其中，每个第二时频域信号分别占用一部分时频域资源，可以更好地利用频谱资源和提高频谱效率。
作为一个示例，第二时频域信号可以表示为：
Figure BDA0003614514630000063
在一些示例性实施例中，S220可以包括：
将所述第一时频域信号和所述第二时频域信号在时频域进行非正交多址接入(Non orthogonal multiple access，NOMA)叠加，得到叠加时频域信号；
利用快速傅里叶逆变换(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)将所述叠加时频域信号转换到时域，得到所述时域信号。
步骤S230、将所述时域信号发送至第二设备。
在一些示例性实施例中，所述时域信号由若干时域符号组成。
在一些示例性实施例中，S230可以包括：
在每个所述时域符号前添加循环前缀，得到添加循环前缀后的时域符号，依次发送所述添加循环前缀后的时域符号。
其中，可以避免多径效应对通信性能的影响。
其中，循环前缀(Cyclic Prefix，CP)是将正交频分复用(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，OFDM)符号尾部的信号复制到头部构成的。循环前缀的长度主要有两种，分别为常规循环前缀(Normal Cyclic Prefix)和扩展循环前缀(Extended CyclicPrefix)，具体实施时，循环前缀的长度可以根据需要选择。
在一些示例性实施例中，可以通天线阵发送时域信号，其中，第i个天线发送的时域信号为：
Figure BDA0003614514630000071
其中，wi为天线阵中第i个天线的权重值，且有
Figure BDA0003614514630000072
γr是为第一信号的发送目标分配的功率，γk是为第k个第二信号的发送目标分配的功率，且满足
Figure BDA0003614514630000073
在一些示例性实施例中，所述时域信号可以经过不同的信道发送至第二设备。
信道，可以包括通信信道和探测信道。
对于探测信道，可以表示为：
Figure BDA0003614514630000074
其中，P为第二设备的数量，τp是第一设备和第二设备之间的往返程时延，vp是第p个第二设备的多普勒值，τp＝2Rp/c,νp＝2fcVp/c；其中，Rp为第二设备的距离，Vp为第二设备的速度，c是光速，fc是载波频率。
对于通信信道，可以表示为hc(τ,v)＝h0δ(τ-τ0/2)δ(v-v0/2)；
对于通信信道，其与探测信道的不同在于通信信道所经历的时延和多普勒是第一设备到第二设备的单程。
根据上述信道以及假设矩形发送和接收窗函数的情况下，时延多普勒等效信道矩阵可以表示为：
Figure BDA0003614514630000081
并且该信道具有块循环特性。
步骤S240、接收回波信号，并根据所述回波信号确定所述第二设备的位置，其中，所述回波信号中包括所述第二设备反射的回波信号。
在一些示例性实施例中，S240可以包括：
利用均匀线性阵列(Uniform Linear Array，ULA)对所述回波信号进行角度域分离，得到所述第二设备反射的回波信号；
根据所述时域信号和所述第二设备反射的回波信号，确定所述第二设备的位置以及所述第一设备与所述第二设备之间的距离。
其中，通过均匀线性阵列对回波信号进行角度域分离，可以将其他角度来的回波进行一定程度的抑制，这有助于之后对于目标参数的估计。
作为一个示例，接收到的回波信号的波束成形向量的权重矢量可以表示为：wrx＝a(θr)/N；
其中，导向矢量
Figure BDA0003614514630000082
θr为目标相对基站的角度，d是天线间的距离，λ是波长。
作为一个示例，接收到的回波信号可以表示为：
Figure BDA0003614514630000083
其中，
Figure BDA0003614514630000084
为第一信号和第二信号叠加后在时延多普勒域的信号。
通过接收端波束成形网络的最终接收信号为：
Figure BDA0003614514630000085
在探测接收端结合接收信号、发送信号以及时延多普勒域的特性，通过匹配滤波或者最大似然的方式得到目标的距离、位置等相关参数。
在一些示例性实施例中，根据所述时域信号和所述第二设备反射的回波信号，利用匹配滤波法或者最大似然法，确定所述第二设备的位置以及所述第一设备与所述第二设备之间的距离。
参考图3，其为本公开实施例提供的探测通信一体化方法的另一种流程示意图。
在一些示例性实施例中，第二设备既可以探测且通信目标，也可以是仅通信目标。
在一些示例性实施例中，第二设备既可以是高度移动的目标，也可以是非高度移动的目标。
所述方法，包括以下步骤：
步骤S310、接收第一设备发送的时域信号。
步骤S320、将所述时域信号转换到时频域后转换到时延多普勒域，得到时延多普勒域信号。
在一些示例性实施例中，S320可以包括：
将所述时域信号转换到时频域，得到时频域信号；
通过辛有限傅里叶变换(Symplectic Finite Fourier Transform，SFFT)将所述时频域信号转换到时延多普勒域，得到所述时延多普勒域信号。
作为一个示例，接收并转换得到的时延多普勒域信号可以表示为：
Figure BDA0003614514630000091
其中，
Figure BDA0003614514630000092
表示在时延多普勒域的第一信号，
Figure BDA0003614514630000093
表示第k个在时频域的第二信号，其中
Figure BDA0003614514630000094
表示第i根天线到发送目标的信道。
步骤S330、对所述时延多普勒域信号进行均衡，得到均衡后的时延多普勒域信号。
在一些示例性实施例中，S330可以包括：
利用均衡矩阵对所述时延多普勒域信号进行均衡，得到所述均衡后的时延多普勒域信号。
其中，可以降低时延多普勒域信号的复杂度，便于后续处理应用。
作为一个示例，均衡矩阵可以表示为：
Figure BDA0003614514630000101
其中，
Figure BDA0003614514630000102
为对角矩阵，矩阵
Figure BDA0003614514630000103
中的第(kM+l+1)个元素为
Figure BDA0003614514630000104
Figure BDA0003614514630000105
是
Figure BDA0003614514630000106
矩阵里第一列第(nM+m+1)个元素。
作为一个示例，将时延多普勒域信号
Figure BDA0003614514630000107
左乘均衡矩阵
Figure BDA0003614514630000108
得到均衡后的时延多普勒域信号，可以表示为：
Figure BDA0003614514630000109
其中，γrxr为在时延多普勒域的第一信号，γkxk为使用NOMA后放置在时频域的第二信号，
Figure BDA00036145146300001010
为噪声。
步骤S340、对所述均衡后的时延多普勒域信号进行解调，得到消息。
其中，解调是从携带消息的已调信号中恢复消息的过程，在信号传输中，发送端用所欲传送的消息对载波进行调制，产生携带这一消息的信号，接收端必须恢复所传送的消息才能加以利用，这就是解调。
所述消息包括第一信号和第二信号；
所述均衡后的时延多普勒域信号中包括第一信号部分时延多普勒域信号和第二信号部分时延多普勒域信号；
在一些示例性实施例中，S330可以包括：
响应于确定所述第二设备为所述第一信号的发送目标，解调所述第一信号部分时延多普勒域信号，得到所述第一信号；
响应于确定所述第二设备为所述第二信号的发送目标，将所述第二信号部分时延多普勒域信号转换到时频域，得到第二信号部分时频域信号，解调所述第二信号部分时频域信号，得到所述第二信号。
在NOMA传输系统中，到达接收机的信号包含多个用户的叠加信号，但是由于每个用户的功率是不同的，所以串行干扰消除机可以根据信号在功率上的大小差别，先将信号功率大的信号解出来，此时将其他所有用户的信号均看作噪声，然后再从接收到的信号中减去已解调出的信号，继续解调其他信号。
其中，由于放置在时延多普勒域的第一信号为强信号，放置在时频域的第二信号为弱信号，因此，对于以第一信号为接收目标的第二设备，将弱信号的第二信号视作干扰。
由于第二信号在NOMA功率域中为较弱的一方，因此先进行串行干扰消除将映射在时延多普勒域的强信号进行检测并消除，得到时频域的第二信号的输入输出关系为：
Figure BDA0003614514630000111
之后，对放在时频域的第k个第二信号进行解调得到最后的接收符号。
在一些示例性实施例中，本公开还提供了波束成形设计方案。
其中，波束成形设计的目的在于在满足探测相关约束的情况下最大化多个仅通信目标中的最小通信可达速率，以此来提升通信探测系统的整体性能。
(1)基于本公开实施例提供的探测通信一体化方法，确定探测且通信目标的信号与干扰加噪声比(Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR)，SINR可以表示为：
Figure BDA0003614514630000112
基于此，探测且通信目标的可达速率可以表示为：log2(1+SINRr)。
对于仅通信目标，在进行均衡和串行干扰消除后，其SINR可以表示为：
Figure BDA0003614514630000113
基于此，仅通信目标的可达速率可以表示为：log2(1+SINRk)。
对于第一设备的用于接收回波的接收端，以探测且通信目标的SINR作为衡量指标。
用于探测的信号是发送到探测且通信目标的时延多普勒域信号，发往仅通信目标的信号以及发往探测且通信目标的信号中的时频域信号均认为是干扰，因此，回波的SINR可以表示为：
Figure BDA0003614514630000121
其中，θr、θk分别为探测且通信目标和第k个仅通信目标所处的角度。
(2)基于上述内容，可以得到优化问题P1如下所示，其中优化变量为波束成形矢量，目标函数为最大化最小仅通信目标的可达速率，以保证整个系统在通信速率方面对每个仅通信目标的公平性。在约束条件部分，首先是对于波束成形的功率约束，然后是对于探测回波的SINR以及发往目标的通信可达速率两方面的约束。
P1:
Figure BDA0003614514630000122
s.t.c1:wHw≤1
c2:SINRecho≥γ0
c3:log2(1+SINRr)≥R0
(3)目标函数本质上是优化仅通信目标的SINR，因此将log函数去掉以简化之后的求解。为了去掉目标函数中的min，通过引入辅助变量u来对优化问题进行改写。
(4)之后记W＝wwH，通过半定松弛SDR来去掉秩一约束，得到优化问题如P2所示，其中
Figure BDA0003614514630000123
P2:
Figure BDA0003614514630000124
s.t.c1:Tr(W)≤1
Figure BDA0003614514630000125
Figure BDA0003614514630000126
c4:Tr(BkW)≥u,1≤k≤K
(5)考虑到约束条件3非凸，引入辅助变量t来将其改为凸优化的形式，如问题P3所示。
P3:
Figure BDA0003614514630000131
s.t.c1:Tr(W)≤1
Figure BDA0003614514630000132
Figure BDA0003614514630000133
Figure BDA0003614514630000134
c5:tk,l≥0,0≤k≤N-1,0≤l≤M-1
c6:Tr(BkW)≥u,1≤k≤K
(6)对经过转化后的凸问题P3利用CVX等工具进行求解，得到Ntx×Ntx维的波束成形矩阵W★。
(7)最后对求得的Ntx×Ntx维的波束成形矩阵W★进行特征值分解或高斯随机化以得到最后的波束成形向量。
最后将上述方法SDR与SCA方法、模拟波束成形ABF方案、随机波束成形Random方案进行对比，仿真对比图如图4所示。可以看到，通过所提方法一方面能够解得更高的可达速率，另外还能够避免SCA中初始化步骤的随机性，并且不涉及迭代步骤使得所提方法有着更低的求解复杂度。
在一些示例性实施例中，本公开还提供了信号的功率分配方案。
基于以上波束成形设计的结果，且在假设信号总功率一定的前提下，通过功率分配的设计来在满足探测相关约束的情况下最大化多个仅通信目标中的最小通信可达速率，以此来提升通信探测系统的整体性能。
(1)根据本公开实施例提供的探测通信一体化方法对系统进行建模。
(2)获取上述优化设计后的波束成形向量。
(3)在信号总功率、目标可达速率和回波SINR的约束下，通过功率分配最大化多个仅通信目标中的最下可达速率，优化问题如下所示：
P4:
Figure BDA0003614514630000135
Figure BDA0003614514630000136
c2:SINRecho≥γ0
c3:log2(1+SINRr)≥R0
(4)目标函数本质上是优化仅通信目标的SINR，因此将log函数去掉以简化之后的求解。为了去掉目标函数中的min，通过引入辅助变量u来对优化问题进行改写。
(5)对问题进行等价变换，变换成凸问题的形式，如P5所示，ar和ak为推导后的参数，其中
Figure BDA0003614514630000141
同理对ak也有相类似的结构。
P5:
Figure BDA0003614514630000142
Figure BDA0003614514630000143
Figure BDA0003614514630000144
Figure BDA0003614514630000145
Figure BDA0003614514630000146
(6)对所转换后的凸问题利用CVX等进行求解，得到对应的功率分配方案γr和γk。
最后，将该方法optimization problem based与只进行通信的方法Comm Only、基于信道范数方案chan norm based和固定功率分配方案fixed power allocation进行对比，仿真对比图如图5所示。通过优化求解方法能够在同时考虑信道信息和通信探测需求的情况下最大化系统整体性能且保证仅通信目标间的公平性。
本公开根据目标和用户的速度不同，将发往两者的信号分别放在时延多普勒域和时频域进行正交时频空调制或正交频分复用调制，通过NOMA技术进行结合。在与目标和用户通信的同时对目标进行探测。之后根据信道状态信息，在总发射功率限制、探测回波信干噪比等约束下进行波束成形向量优化以及功率分配设计以最大化系统性能。
在实现通信功能的同时利用同一信号的回波来进行参数探测，并基于NOMA技术来进一步提高频谱利用率。之后从波束成形设计以及信号功率分配两方面进行优化，在满足功率约束和探测性能约束的情况下最大化多用户中最小用户的可达速率。
本公开的优点是，有效降低系统误码率以提高通信的可靠性，且提高探测精确度；提高了频谱利用率；在约束条件的限制下通过对波束成形向量和功率分配的优化设计来提高通信探测系统的多用户中最小用户通信速率。
需要说明的是，本公开实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本公开实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
需要说明的是，上述对本公开的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上任意一实施例所述的探测通信一体化方法。
图6示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。
处理器1010可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。
存储器1020可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。
输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入/输出模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。
通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。
总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。
需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。
上述实施例的电子设备用于实现前述任一实施例中相应的探测通信一体化方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合都可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，这些计算机程序指令通过计算机或其它可编程数据处理装置执行，产生了实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的装置。
也可以把这些计算机程序指令存储在能使得计算机或其它可编程数据处理装置以特定方式工作的计算机可读介质中，这样，存储在计算机可读介质中的指令就产生出一个包括实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的指令装置的产品。
也可以把计算机程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令能够提供实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的过程。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，流程图中描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
申请文件中提及的动词“包括”、“包含”及其词形变化的使用不排除除了申请文件中记载的那些元素或步骤之外的元素或步骤的存在。元素前的冠词“一”或“一个”不排除多个这种元素的存在。
虽然已经参考若干具体实施方式描述了本公开的精神和原理，但是应该理解，本公开并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益，这种划分仅是为了表述的方便。本公开旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。所附权利要求的范围符合最宽泛的解释，从而包含所有这样的修改及等同结构和功能。

Claims (10)

1.一种探测通信一体化方法，其特征在于，应用于第一设备，所述方法包括：
确定第一信号和第二信号；
将所述第一信号映射到时延多普勒域后转换到时频域，得到第一时频域信号，将所述第二信号映射到时频域，得到第二时频域信号，将所述第一时频域信号和所述第二时频域信号叠加后转换到时域，得到时域信号；
将所述时域信号发送至第二设备；
接收回波信号，并根据所述回波信号确定所述第二设备的位置，其中，所述回波信号中包括所述第二设备反射的回波信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述第一信号映射到时延多普勒域后转换到时频域，得到第一时频域信号，包括：
将所述第一信号映射到时延多普勒域，得到第一时延多普勒域信号；
利用逆辛有限傅里叶变换将所述第一时延多普勒域信号转换到时频域，得到所述第一时频域信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述第一时频域信号和所述第二时频域信号叠加后转换到时域，得到时域信号，包括：
将所述第一时频域信号和所述第二时频域信号在时频域进行非正交多址接入叠加，得到叠加时频域信号；
利用快速傅里叶逆变换将所述叠加时频域信号转换到时域，得到所述时域信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时域信号由若干时域符号组成；
所述将所述时域信号发送至第二设备，包括：
在每个所述时域符号前添加循环前缀，得到添加循环前缀后的时域符号，依次发送所述添加循环前缀后的时域符号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收回波信号，并根据所述回波信号确定所述第二设备的位置，包括：
利用均匀线性阵列对所述回波信号进行角度域分离，得到所述第二设备反射的回波信号；
根据所述时域信号和所述第二设备反射的回波信号，确定所述第二设备的位置以及所述第一设备与所述第二设备之间的距离。
6.一种探测通信一体化方法，其特征在于，应用于第二设备，所述方法包括：
接收第一设备发送的时域信号；
将所述时域信号转换到时频域后转换到时延多普勒域，得到时延多普勒域信号；
对所述时延多普勒域信号进行均衡，得到均衡后的时延多普勒域信号；
对所述均衡后的时延多普勒域信号进行解调，得到消息。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将所述时域信号转换到时频域后转换到时延多普勒域，得到时延多普勒域信号，包括：
将所述时域信号转换到时频域，得到时频域信号；
通过辛有限傅里叶变换将所述时频域信号转换到时延多普勒域，得到所述时延多普勒域信号。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对所述时延多普勒域信号进行均衡，得到均衡后的时延多普勒域信号，包括：
利用均衡矩阵对所述时延多普勒域信号进行均衡，得到所述均衡后的时延多普勒域信号。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述消息包括第一信号和第二信号；
所述均衡后的时延多普勒域信号中包括第一信号部分时延多普勒域信号和第二信号部分时延多普勒域信号；
所述对所述均衡后的时延多普勒域信号进行解调，得到消息，包括：
响应于确定所述第二设备为所述第一信号的发送目标，解调所述第一信号部分时延多普勒域信号，得到所述第一信号；
响应于确定所述第二设备为所述第二信号的发送目标，将所述第二信号部分时延多普勒域信号转换到时频域，得到第二信号部分时频域信号，解调所述第二信号部分时频域信号，得到所述第二信号。
10.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任意一项所述的方法或者6至9任意一项所述的方法。
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