本發(fā)明涉及雷達(dá)通信技術(shù)，具體涉及一種分布式ofdm基站協(xié)同感知序列設(shè)計(jì)技術(shù)。

背景技術(shù)：

1、近年來，分布式ofdm基站協(xié)同感知的波形優(yōu)化研究，源于當(dāng)前無線通信系統(tǒng)中所面臨的諸多挑戰(zhàn)和需求，是現(xiàn)代無線通信技術(shù)的重要發(fā)展方向之一，其目的是提高無線網(wǎng)絡(luò)的容量、覆蓋和效率。ofdm技術(shù)具有很強(qiáng)的抗多徑干擾能力和對(duì)抗頻率選擇性衰落的能力，因此被廣泛應(yīng)用于wi-fi、4g?lte和5g等無線通信系統(tǒng)中。隨著用戶需求和數(shù)據(jù)流量的快速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)集中式基站架構(gòu)在容量和覆蓋范圍方面面臨巨大挑戰(zhàn)。分布式基站架構(gòu)通過將多個(gè)小型基站分布在網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)基站之間的協(xié)同工作，能夠提供更大的覆蓋范圍和更高的系統(tǒng)容量。這種架構(gòu)不僅能提高頻譜利用率，還能減少用戶終端的發(fā)射功率，延長(zhǎng)電池壽命?；局g的協(xié)同工作是分布式ofdm系統(tǒng)的關(guān)鍵。通過共享信道狀態(tài)信息csi和用戶位置等信息，基站可以動(dòng)態(tài)調(diào)整資源分配和功率控制策略，從而優(yōu)化系統(tǒng)性能。協(xié)同工作還可以通過聯(lián)合傳輸和接收技術(shù)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的容量和可靠性。盡管分布式ofdm系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但其實(shí)現(xiàn)過程中也面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，如何高效實(shí)現(xiàn)基站之間的協(xié)同工作、如何在動(dòng)態(tài)環(huán)境中進(jìn)行資源分配和干擾管理、如何設(shè)計(jì)低復(fù)雜度的信道估計(jì)和檢測(cè)算法等。這些問題的解決需要在理論研究和工程實(shí)踐中不斷探索和創(chuàng)新。無線通信系統(tǒng)通常會(huì)受到多路徑衰落和頻率選擇性干擾的影響。然而，在分布式環(huán)境中，多個(gè)基站的協(xié)同工作會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能受到多種干擾和復(fù)雜信道條件的影響。分布式ofdm波形有望提高系統(tǒng)對(duì)于多用戶的協(xié)同感知能力，提高系統(tǒng)的頻譜利用效率，增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)干擾的抵抗能力，從而推動(dòng)通信系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境中的發(fā)展。在實(shí)際工程中，為了提高系統(tǒng)的抗雜波能力，提高對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)能力，對(duì)ofdm多站系統(tǒng)的波形的相關(guān)性要求比較高。因此，通過優(yōu)化波形設(shè)計(jì)，不僅可以提升系統(tǒng)的感知性能，還能增強(qiáng)其對(duì)各類干擾的抵抗能力，從而改進(jìn)系統(tǒng)的整體性能。

2、分布式ofdm基站協(xié)同感知的波形優(yōu)化研究在無線通信系統(tǒng)中展現(xiàn)出廣闊的前景。隨著5g和未來6g網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，用戶數(shù)量和數(shù)據(jù)需求的急劇增長(zhǎng)，對(duì)高效、穩(wěn)定的通信系統(tǒng)的需求也越來越高。分布式ofdm基站協(xié)同感知的波形優(yōu)化研究不僅可以顯著提升當(dāng)前無線通信系統(tǒng)的性能，還為未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和新興應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。通過持續(xù)的研究和創(chuàng)新，推動(dòng)無線通信技術(shù)向更高效、更智能和更環(huán)保的方向發(fā)展，為通信技術(shù)的發(fā)展注入新的活力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種在分布式ofdm基站環(huán)境下，考慮硬件限制時(shí)頻域波形點(diǎn)數(shù)不等，在保證通信質(zhì)量以及峰值平均功率比papr約束條件下，最大程度的抑制雷達(dá)的旁瓣特性且可調(diào)節(jié)自互相關(guān)特性和距離旁瓣的優(yōu)化比例的波形設(shè)計(jì)方法。

2、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，一種分布式ofdm基站協(xié)同感知序列設(shè)計(jì)方法：

3、步驟1、設(shè)置問題所需參數(shù)；包括基站數(shù)量m、時(shí)域信號(hào)序列s長(zhǎng)度n1、頻域信號(hào)序列x有效長(zhǎng)度n2、fft變換維數(shù)n、控制峰值平均功率比papr程度的參數(shù)η和信號(hào)平均功率p；

4、步驟2、隨機(jī)生成時(shí)域信號(hào)序列s初始值、s的頻域信號(hào)序列x＝dfas，離散傅里葉變換矩陣f、頻域子載波選擇矩陣d和補(bǔ)零矩陣a；

5、步驟3、生成旁瓣電平系數(shù)矩陣γ和自互相關(guān)比例系數(shù)矩陣b；

6、步驟4、考慮時(shí)頻域約束、papr約束和能量約束，以信號(hào)序列通過匹配濾波器后的加權(quán)積分旁瓣電平wisl最小化為目標(biāo)建立分布式ofdm基站系統(tǒng)的波形設(shè)計(jì)和匹配濾波聯(lián)合設(shè)計(jì)問題；

7、步驟5、采用交替迭代算法求得問題的最優(yōu)解；

8、求解波形最優(yōu)解并限制峰值平均功率比；先無約束優(yōu)化求解波形，再對(duì)更新的波形限制峰值平均功率比，滿足實(shí)際工程中對(duì)papr的要求；

9、更新匹配濾波器并進(jìn)行能量限制；先無約束優(yōu)化更新匹配濾波器，再對(duì)其限制能量；

10、更新頻域波形；利用更新的時(shí)域序列更新對(duì)應(yīng)的點(diǎn)數(shù)不同的頻域序列；

11、更新對(duì)偶變量；

12、步驟6、得到當(dāng)前交替迭代得到的迭代參數(shù)，迭代參數(shù)包括目標(biāo)函數(shù)數(shù)值、各參數(shù)殘差、循環(huán)次數(shù)以及運(yùn)行時(shí)間，判斷輸出的迭代參數(shù)是否每一項(xiàng)均符合預(yù)設(shè)條件，如是，則表明波形最優(yōu)解符合papr約束和低相關(guān)性能，迭代結(jié)束，輸出波形最優(yōu)解，即最優(yōu)波形序列，完成感知波形設(shè)計(jì)；如否，則返回步驟5繼續(xù)進(jìn)行迭代。

13、步驟5中考慮到此類問題建立的模型目標(biāo)函數(shù)都是四階且非凸的，一般難以直接獲得閉合解，并且直接優(yōu)化波形會(huì)面臨較大的計(jì)算復(fù)雜度的挑戰(zhàn)，因此進(jìn)一步提出在整體上采用交替迭代算法admm，利用廣義拉格朗日函數(shù)來求得問題的最優(yōu)解，并在實(shí)現(xiàn)papr約束問題上，進(jìn)一步提出了一種向papr約束空間投影的方法。

14、具體的，步驟4中，在聯(lián)合設(shè)計(jì)波形和匹配濾波器的問題中，設(shè)計(jì)波形通過匹配濾波器后的波形wisl最小化，并且滿足以下約束：

15、1)限制時(shí)域波形的papr以滿足發(fā)射功放的要求；

16、2)能量約束；

17、3)實(shí)際工程中對(duì)自互相關(guān)性能不同的需求。

18、因此，ofdm信號(hào)波形設(shè)計(jì)和匹配濾波聯(lián)合設(shè)計(jì)問題可建模為：

19、

20、s.t.x＝dfas

21、|smn|2≤ηp，m＝1,2,...,m,n＝1,...,n1

22、shems＝1,m＝1,...,m

23、其中，⊙表示hadamard積，||·||2表示l2范數(shù)，中間量h表示共軛轉(zhuǎn)置，第p個(gè)對(duì)角矩陣diag表示構(gòu)造對(duì)角矩陣函數(shù)，第p個(gè)角頻率s.t.表示目標(biāo)函數(shù)滿足的條件；s是s的向量形式，smn是s中第m行n列的元素，變量m＝1,2,...,m，變量n＝1,...,n1，|·|為取絕對(duì)值；em為選擇矩陣，其第(m-1)n+1至第mn個(gè)元素元素為1，其余元素為0；

24、進(jìn)一步的，通過引入匹配濾波器矩陣y，將分布式ofdm基站系統(tǒng)的波形設(shè)計(jì)和匹配濾波聯(lián)合設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為凸問題：

25、

26、s.t.y＝s

27、x＝dfas

28、|smn|2≤ηp

29、emhyhyem＝1

30、其中，em為選擇向量，其第m個(gè)元素為1，其余元素為0。

31、具體的步驟5中，采用交替迭代算法admm，依次更新時(shí)域波形、匹配濾波器、頻域波形和對(duì)偶變量；

32、構(gòu)造上述問題的增廣拉格朗日函數(shù)：

33、

34、im表示對(duì)角線元素為m的單位矩陣；表示kronecker積，ρu和ρv是懲罰系數(shù)；y,x是對(duì)應(yīng)矩陣變量y,x的向量形式，u,v均為對(duì)偶變量；ρu和ρv均為懲罰系數(shù)。

35、通過最小化更新變量，在第k+1次迭代時(shí)，算法由以下更新過程組成：

36、

37、u(k+1)＝u(k)+s(k+1)-y(k+1)

38、

39、步驟6、輸出當(dāng)前交替迭代得到的迭代參數(shù)，迭代參數(shù)包括目標(biāo)函數(shù)數(shù)值、各參數(shù)殘差、循環(huán)次數(shù)以及運(yùn)行時(shí)間，判斷輸出的迭代參數(shù)是否每一項(xiàng)均符合預(yù)設(shè)條件，如是，則表明信號(hào)s的波形符合papr約束和低相關(guān)性能，迭代結(jié)束，輸出最優(yōu)波形序列，完成感知波形設(shè)計(jì)；如否，則返回步驟5繼續(xù)進(jìn)行迭代。

40、本發(fā)明的有益效果是：

41、(1)基于強(qiáng)雜波環(huán)境下分布式ofdm基站協(xié)同感知環(huán)境中的低相關(guān)性波形設(shè)計(jì)，可以使信號(hào)克服系統(tǒng)中雜波的影響，降低自互相關(guān)性能，提高系統(tǒng)檢測(cè)性能。

42、(2)在設(shè)計(jì)過程中，將原復(fù)雜的四階凸優(yōu)化問題，引入等價(jià)變量轉(zhuǎn)化為二階問題，簡(jiǎn)化了優(yōu)化問題，提高了求解效率；

43、(3)在克服雜波環(huán)境影響下，能保證所優(yōu)化設(shè)計(jì)的多站波形的自相關(guān)和互相關(guān)的距離旁瓣低，檢測(cè)微小目標(biāo)能力強(qiáng)的基礎(chǔ)下，同時(shí)能保證峰值平均功率比水平低，防止功率放大器的非線性帶來的帶外輻射和帶內(nèi)失真，帶外輻射會(huì)影響相鄰頻帶內(nèi)的信號(hào)，帶內(nèi)失真會(huì)使得接收信號(hào)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)、衰減和位移。

44、(4)本發(fā)明采用的交替迭代循環(huán)算法admm整體框架，用于復(fù)雜的凸優(yōu)化問題，可以在處理大規(guī)模問題時(shí)表現(xiàn)出較好的魯棒性，具有更高的計(jì)算效率和可擴(kuò)展性。