CN118200935B - 一种多用户协同的通感一体化系统中用户组合的选择方法 - Google Patents
一种多用户协同的通感一体化系统中用户组合的选择方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118200935B CN118200935B CN202410592585.4A CN202410592585A CN118200935B CN 118200935 B CN118200935 B CN 118200935B CN 202410592585 A CN202410592585 A CN 202410592585A CN 118200935 B CN118200935 B CN 118200935B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- user
- representing
- users
- sense
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000010187 selection method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 230000008447 perception Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 238000005562 fading Methods 0.000 claims description 6
- 241000209094 Oryza Species 0.000 claims description 4
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 4
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 3
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000008685 targeting Effects 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 241001247197 Cephalocarida Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
本发明公开了一种多用户协同的通感一体化系统中用户组合的选择方法，S1.通感一体化发射机向指定区域内发送由感知数据向量和个用户的通信数据向量共同组成的通感一体化信号；S2.每个用户将会接收到来自于通感一体化发射机的直射信号，以及来自于感知目标的反射信号；S3.结合用户接收到的直射信号和反射信号，分别对感知指标和通信指标进行建模分析，并建立多用户协同感知下的用户选择问题；S4.基于极大极小准则的分组方法，以实现用户选择问题求解，找到用户选择策略。本发明能够通过对用户的选择，使得用户之间协同来提升系统的感知性能。
Description
技术领域
本发明涉及通感一体化系统，特别是涉及一种多用户协同的通感一体化系统中用户组合的选择方法。
背景技术
通信与感知一体化技术，即通感一体化技术，通过共享硬件、频谱、能量等资源，实现通信与感知功能的深度融合，是用于下一代移动通信网络的一种新兴技术。具体而言，传感功能旨在收集并分析周围中的反射信号，进而提取有关目标的有价值信息，例如，距离、角度、径向速度等；通信功能则侧重于利用特殊定制的信号实现基站与用户之间的信息传输。在传统单基地通感一体化系统中，由收发同源带来的强自干扰严重影响着对来自目标物体的反射信号的检测，为了解决这一问题，往往对系统的自干扰消除性能有着极高的要求。
因此，为了避免自干扰消除技术带来的系统复杂度，并对目标物体进行多角度，多方面的感知，提高感知性能的潜力，多基地通感一体化系统应运而生。但在多基地通感一体化系统中，如何通过用户之间的协同来提升系统的感知性能，仍然处于研究空白阶段。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多用户协同的通感一体化系统中用户组合的选择方法，能够通过对用户的选择，使得用户之间协同来提升系统的感知性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种多用户协同的通感一体化系统中用户组合的选择方法，所述多用户协同的通感一体化系统包括一个配备根天线的通感一体化发射机、一个待感知目标和个配备根天线的用户；
所述方法包括以下步骤：
S1.通感一体化发射机向指定区域内发送由感知数据向量和个用户的通信数据向量共同组成的通感一体化信号；
所述指定区域是指：通感一体化发射机、待感知目标和个配备根天线的用户所在的工作区域；
S2.每个用户将会接收到来自于通感一体化发射机的直射信号，以及来自于感知目标的反射信号；
S3.结合用户接收到的直射信号和反射信号，分别对感知指标和通信指标进行建模分析，并建立多用户协同感知下的用户选择问题；
S4. 基于极大极小准则的分组方法，以实现用户选择问题求解，找到用户选择策略。
本发明的有益效果是： 本发明能够通过对用户的选择，使得用户之间协同来提升系统的感知性能，填补了该项研究的空白。
附图说明
图1为多用户协同的通感一体化系统的原理示意图；
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
本发明考虑如图1所示的多用户协同的通感一体化系统，该系统由一个配备根天线的通感一体化发射机，一个待感知目标，和个配备根天线的用户组成。为了在该系统中同时实现通信与感知功能，通感一体化发射机向指定区域内发送由感知数据向量和个用户的通信数据向量共同组成的通感一体化信号，每个用户将会接收到来自于通感一体化发射机的直射信号，以及来自于目标的反射信号，并通过对这些信号进行分析、处理，在实现与通感一体化发射机通信的同时，完成对目标的定位。
如图2所示，一种多用户协同的通感一体化系统中用户组合的选择方法， 包括以下步骤：
S1.通感一体化发射机向指定区域内发送由感知数据向量和个用户的通信数据向量共同组成的通感一体化信号；
所述指定区域是指：通感一体化发射机、待感知目标和个配备根天线的用户所在的工作区域；
具体而言，通感一体化发射机发送如式（1）所示的通感一体化信号：
（1）
其中，表示波束成型矩阵，表示感知数据向量，表示第个用户的通信数据向量，且不同用户的通信数据向量之间相互独立且同分布。
S2.每个用户将会接收到来自于通感一体化发射机的直射信号，以及来自于感知目标的反射信号；
式（1）所示的通感一体化信号在空间中传播，经感知目标反射后，被个用户接收。第个用户接收到的回波信号可以表示为：
（2）
其中，表示通感一体化发射机-目标-第个用户的信道系数矩阵，其被建模为由视距和非视距两部分组成的莱斯衰落信道模型，视距部分可以建模为，非视距部分中任一元素可以建模为零均值单位方差的高斯分布，表示接收导向矢量，表示第个用户关于目标的到达角度，表示发射导向矢量，表示通感一体化发射机关于目标的离开角度，表示第个用户观测到的由目标移动产生的多普勒频移，表示由通感一体化发射机经过目标到达第个用户的传输时延，表示第个用户接收到的杂波，即来自于其它障碍物的反射信号，表示平均杂波功率，表示大小为的单位矩阵，表示在第个用户处的循环对称复数高斯噪声，表示平均噪声功率。
除了式（2）所示的回波信号外，用户还将收到来自于通感一体化发射机的直射信号。第个用户接收到的直射信号可以表示为：
（3）
其中，表示通感一体化发射机-第个用户的信道系数矩阵，表示在第个用户处的接收噪声。
S3.结合用户接收到的直射信号和反射信号，分别对感知指标和通信指标进行建模分析，并建立多用户协同感知下的用户选择问题；
结合式（2）和式（3）所示的中给出接收信号模型，分别对感知指标和通信指标进行建模分析，并建立多用户协同感知下的用户选择问题。
(1)第个用户用于估计回波信号的传输时延与多普勒频移的克拉美罗界可以表示为：
（4）
其中，， 表示第个用户的莱斯衰落因子，表示第个用户的衰落系数，表示物体关于第个用户的反射系数，表示信号带宽，表示信号采样数，，和为与发射信号脉冲波形相关的常数，表示矩阵的迹。
接下来，定义二元变量，其中，表示第个用户没有被选择用于感知目标，则表示第个用户被选择用于感知目标。因此，多用户协同下的感知性能，即克拉美罗界可以表示为：
（5）
其中，。
(2) 当第个用户被选在用于感知目标时，即，便可以通过干扰消除的方式从接收信号中消除完全感知数据向量，因此，第个用户的通信速率可以表示为：
（6）
其中，。
根据式（5）和式（6）给出的感知性能与通信性能，以最小化感知性能为目标函数，以通信性能和合作成本为约束，建立如下的优化问题：
（7）
其中，表示用户间的合作成本，，表示最小通信速率阈值，表示最大合作成本，表示第个用户的价格，其被建模为与距离有关的函数，即
（8）
其中，表示目标到第个用户的距离，表示两个用户，之间的距离，表示被选择用于感知的用户的集合，表示集合的元素个数。
S4. 基于极大极小准则的分组方法，以实现用户选择问题求解，找到用户选择策略。
我们提出了一种基于极大极小准则的分组方法，以对式（7）中给出的优化问题求解，找到用户选择策略。为了便于表述，我们给出如下定义：
(1) 将欧几里德距离函数定义为：；
(2) 将由二维平面中的点，即所有用户的位置，组成的集合定义为；
(3) 将集合中第个用户的最大距离定义为该集合中到该用户距离最远的点，即
（9）
其中，表示第个用户的位置；
(4) 将集合的极小极大距离定义为:
（10）
(5) 将目标到集合的联合极小极大距离和最近距离定义为：
（11）
其中，表示目标的位置，表示用于平衡到其他用户的距离和到目标的距离的系数。
(6) 将集合和集合间的极小极大准则定义为。
基于上述定义，我们按照如下流程来找到用户选择策略：
（1）输入：所有用户的位置组成的集合，；
（2）将初始分组设为;
（3）计算初始组中任意2个集合之间的极大极小准则，即；
（4）设置索引，并按照依次递减的顺序，即的顺序重复步骤(5)-(7);
（5）搜寻到最小的两个集合满足条件：；
（6）按照原则：对分组进行更新；
（7）重新计算极大极小准则。
(8) 输出：分组，即用户选择组合。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (3)
1.一种多用户协同的通感一体化系统中用户组合的选择方法，其特征在于：所述多用户协同的通感一体化系统包括一个配备根天线的通感一体化发射机、一个待感知目标和 个配备根天线的用户；
所述方法包括以下步骤：
S1.通感一体化发射机向指定区域内发送由感知数据向量和个用户的通信数据向量共同组成的通感一体化信号；
所述指定区域是指：通感一体化发射机、待感知目标和个配备根天线的用户所在的工作区域；
S2.每个用户将会接收到来自于通感一体化发射机的直射信号，以及来自于感知目标的反射信号；
S3.结合用户接收到的直射信号和反射信号，分别对感知指标和通信指标进行建模分析，并建立多用户协同感知下的用户选择问题；
所述步骤S3包括：
S301.将第个用户用于估计回波信号的传输时延与多普勒频移的克拉美罗界表示为：
（4）
其中，
，
表示平均杂波功率, 表示平均噪声功率, 表示第个用户的莱斯衰落因子，表示第个用户的衰落系数，表示物体关于第个用户的反射系数，表示信号带宽，表示信号采样数，，和为与发射信号脉冲波形相关的常数，表示矩阵的迹；
S302.定义二元变量，其中，表示第个用户没有被选择用于感知目标，则表示第个用户被选择用于感知目标，将多用户协同下的感知性能，即克拉美罗界表示为：
（5）
其中，；
S303.当第个用户被选在用于感知目标时，即，通过干扰消除的方式从接收信号中消除完全感知数据向量，第个用户的通信速率表示为：
（6）
其中，；
S304.根据式（5）和式（6）给出的感知性能与通信性能，以最小化感知性能为目标函数，以通信性能和合作成本为约束，建立如下的优化问题：
（7）
其中，表示用户间的合作成本，，表示最小通信速率阈值，表示最大合作成本，表示第个用户的价格，其被建模为与距离有关的函数，即
（8）
其中，表示目标到第个用户的距离，表示两个用户，之间的距离，表示被选择用于感知的用户的集合，表示集合的元素个数；
S4. 基于极大极小准则的分组方法，以实现用户选择问题求解，找到用户选择策略；
所述步骤S4包括：
S401. 定义如下参数：
（1） 将欧几里德距离函数定义为：；
（2）将由二维平面中的点，即所有用户的位置，组成的集合定义为；
（3） 将集合中第个用户的最大距离定义为该集合中到该用户距离最远的点，即
（9）
其中，表示第个用户的位置；
（4） 将集合的极小极大距离定义为:
（10）
（5）将目标到集合的联合极小极大距离和最近距离定义为：
（11）
其中，表示目标的位置，表示用于平衡到其他用户的距离和到目标的距离的系数；
（6） 将集合和集合间的极小极大准则定义为；
S402.按照如下流程来找到用户选择策略：
（1）输入：所有用户的位置组成的集合，；
（2）将初始分组设为;
（3）计算初始组中任意2个集合之间的极大极小准则，即；
（4）设置索引，并按照依次递减的顺序，即的顺序重复步骤(5)-(7)；
（5）搜寻到最小的两个集合满足条件：；
（6）按照原则：对分组进行更新；
（7）重新计算极大极小准则；
（8）输出：分组，即用户选择组合。
2.根据权利要求1所述的一种多用户协同的通感一体化系统中用户组合的选择方法，其特征在于：所述步骤S1包括：
S101.通感一体化发射机发送如式（1）所示的通感一体化信号：
（1）
其中，表示波束成型矩阵，表示感知数据向量，表示第个用户的通信数据向量，且，不同用户的通信数据向量之间相互独立且同分布；
S102.通感一体化发射机将将产生的通感一体化信号向指定区域发送。
3.根据权利要求1所述的一种多用户协同的通感一体化系统中用户组合的选择方法，其特征在于：所述步骤S2包括：
通感一体化信号在空间中传播，经感知目标反射后，被个用户接收，将第个用户接收到的回波信号表示为：
（2）
其中，表示通感一体化发射机-目标-第个用户的信道系数矩阵，其被建模为由视距和非视距两部分组成的莱斯衰落信道模型，视距部分建模为，非视距部分中任一元素建模为零均值单位方差的高斯分布，表示接收导向矢量，表示第个用户关于目标的到达角度，表示发射导向矢量，表示通感一体化发射机关于目标的离开角度，表示第个用户观测到的由目标移动产生的多普勒频移，表示由通感一体化发射机经过目标到达第个用户的传输时延，表示第个用户接收到的杂波，表示平均杂波功率，表示大小为的单位矩阵，表示在第个用户处的循环对称复数高斯噪声，表示平均噪声功率；
除了式（2）所示的回波信号外，用户还将收到来自于通感一体化发射机的直射信号，将第个用户接收到的直射信号表示为：
（3）
其中，表示通感一体化发射机-第个用户的信道系数矩阵，表示在第个用户处的接收噪声。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410592585.4A CN118200935B (zh) | 2024-05-14 | 2024-05-14 | 一种多用户协同的通感一体化系统中用户组合的选择方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410592585.4A CN118200935B (zh) | 2024-05-14 | 2024-05-14 | 一种多用户协同的通感一体化系统中用户组合的选择方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118200935A CN118200935A (zh) | 2024-06-14 |
| CN118200935B true CN118200935B (zh) | 2024-07-12 |
Family
ID=91415316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410592585.4A Active CN118200935B (zh) | 2024-05-14 | 2024-05-14 | 一种多用户协同的通感一体化系统中用户组合的选择方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118200935B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115412410A (zh) * | 2022-11-01 | 2022-11-29 | 香港中文大学（深圳） | 一种感知、通信和传能一体化传输方法 |
| CN116248173A (zh) * | 2023-02-16 | 2023-06-09 | 北京理工大学 | Ris辅助的背向散射通信感知一体化方法 |
-
2024
- 2024-05-14 CN CN202410592585.4A patent/CN118200935B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115412410A (zh) * | 2022-11-01 | 2022-11-29 | 香港中文大学（深圳） | 一种感知、通信和传能一体化传输方法 |
| CN116248173A (zh) * | 2023-02-16 | 2023-06-09 | 北京理工大学 | Ris辅助的背向散射通信感知一体化方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN118200935A (zh) | 2024-06-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102656474B (zh) | 用于增强现实的宽带无源跟踪 | |
| CN109507641B (zh) | 一种合作的mimo雷达和mimo通信系统性能计算方法 | |
| JP3738705B2 (ja) | 適応アンテナ装置 | |
| CN101330358B (zh) | 一种干扰抑制分集合并的方法及系统 | |
| CN109239683B (zh) | 宽带被动mimo雷达的克拉美罗界分析方法 | |
| CN104378787B (zh) | 基于扩展Prony算法的平坦快衰落长距离信道预测方法 | |
| CN110380762A (zh) | 一种计算与通信融合的大规模接入方法 | |
| CN118200935B (zh) | 一种多用户协同的通感一体化系统中用户组合的选择方法 | |
| Ren et al. | Toward full passive internet of things: Symbiotic localization and ambient backscatter communication | |
| CN114189301B (zh) | 一种基于实测多径数据的无线信道仿真方法及装置 | |
| Wang et al. | Single base station positioning based on multipath parameter clustering in NLOS environment | |
| CN113825236A (zh) | 一种无线网络中感知、计算和通信的融合方法 | |
| JP2003152607A (ja) | 通信方法、通信システム、送信機及び受信機 | |
| CN110545128B (zh) | 一种环境反向散射阵列通信系统中的协作传输优化方法 | |
| CN116761199A (zh) | 一种面向6g surllc场景的用户性能分析方法 | |
| CN114255781A (zh) | 一种多通道音频信号获取方法、装置及系统 | |
| US20070081606A1 (en) | Multiple-input multiple-output communication system | |
| WO2020124091A1 (en) | Automatic fine-grained radio map construction and adaptation | |
| CN115334524A (zh) | 一种基于全向智能超表面的通信和雷达目标检测方法 | |
| CN118226377B (zh) | 一种多用户协同的通信感知一体化系统中的目标定位方法 | |
| JP2003218772A (ja) | Ｃｄｍａ方式における基地局アンテナ指向性制御装置およびｃｄｍａセルラー方式における基地局アンテナ指向性制御装置 | |
| CN118199692A (zh) | 一种多用户后向散射通感一体化系统中的波束成型方法 | |
| CN118191725A (zh) | 多用户通感一体化系统时延与到达角度的crb计算方法 | |
| JP3747405B2 (ja) | アンテナベリフィケーション方法及びアンテナベリフィケーション処理装置 | |
| CN118226377A (zh) | 一种多用户协同的通信感知一体化系统中的目标定位方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |