本發(fā)明屬于無線通信，具體涉及一種mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)功率分配和性能評價的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)通過同時攜帶通信信息和感知信息，或使用兩個相互正交的信號分別表示，發(fā)送一種波形完成通信和感知兩個功能，有效利用無線頻譜資源。

2、在mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)中，由于通信和感知功能共享相同的時間、頻率、空間等資源，且功率資源有限，因此功率分配顯得尤為重要。合理的功率分配可以降低網(wǎng)絡(luò)間的干擾，增強系統(tǒng)穩(wěn)定性，并提高系統(tǒng)傳輸能力。

3、由于通信和感知在設(shè)計目標(biāo)上的差異，如何在二者之間實現(xiàn)性能的平衡是功率分配技術(shù)面臨的關(guān)鍵問題，在某些情況下，需要犧牲部分通信性能以提升感知能力，或者反之，因此，需要一種能夠靈活調(diào)整通信與感知功能之間權(quán)重的功率分配方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)功率分配和性能評價的方法及系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)中缺少能夠靈活調(diào)整通信與感知功能之間權(quán)重的功率分配的技術(shù)問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)功率分配的方法，包括以下步驟：

4、基于mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的應(yīng)用場景參數(shù)得到ofdm系統(tǒng)的運用分配系數(shù)，基于所述ofdm系統(tǒng)的運用分配系數(shù)對ofdm系統(tǒng)的信號子載波進行功率分配；

5、所述ofdm系統(tǒng)的通信功能通過最大化信道容量進行功率分配，所述ofdm系統(tǒng)的感知功能通過給定虛警概率，最大化有目標(biāo)條件假設(shè)下非中心復(fù)卡方分布的非中心參數(shù)值完成功率分配；

6、對所述ofdm系統(tǒng)的信道容量和非中心參數(shù)值進行歸一化處理，并加入通信加權(quán)因子，得到ofdm系統(tǒng)的功率分配最優(yōu)值；

7、將mimo系統(tǒng)的信道作為多個并行的siso信道，對所述并行siso信道容量求和，并作為mimo信道的總?cè)萘浚?/p>

8、基于所述mimo信道的總?cè)萘坎捎米畲蠡迫槐群瘮?shù)使感知檢測概率最大，得到多輸入多輸出天線下的mimo系統(tǒng)的最優(yōu)感知功率分配結(jié)果；

9、采用歸一化并加入權(quán)值的方法，結(jié)合所述ofdm系統(tǒng)的功率分配最優(yōu)值以及mimo系統(tǒng)的最優(yōu)感知功率分配結(jié)果，得到mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的資源分配結(jié)果。

10、進一步的，所述imo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的應(yīng)用場景參數(shù)包括：

11、基站，所述基站包括imo-ofdm通感一體化系統(tǒng)，所述基站具有個發(fā)射天線和個接收天線；

12、信道，所述通信信道服從復(fù)高斯分布，所述感知信道服從萊斯分布；

13、用戶，所述用戶具有nu用戶天線，所述多個發(fā)射天線和多個接收天線服務(wù)于具有多個用戶天線；以及，

14、目標(biāo)，所述目標(biāo)為基站檢測的目標(biāo)；

15、所述

16、所述ofdm系統(tǒng)有nc個子載波數(shù)，總發(fā)射功率為p，第i個發(fā)射天線、第m個子載波上的所述ofdm系統(tǒng)功率分配系數(shù)為ai,m，所述ai,m滿足

17、進一步的，所述ofdm系統(tǒng)的通信功能通過最大化信道容量進行功率分配的過程為：

18、假設(shè)第i個天線上的功率為pi，則信道容量為：

19、

20、其中，為通信高斯信道的噪聲方差；

21、所述非中心參數(shù)值為：

22、s＝ahb(v,β)hb(v,β)a；

23、其中，b(v,β)是感知信道向量，包含目標(biāo)速度、傳輸路徑損耗和目標(biāo)散射強度信息，a＝[ai,1?ai,2?k?ai,m]，m＝0,1,l,nc-1。

24、進一步的，所述ofdm系統(tǒng)的功率分配最優(yōu)值為：

25、

26、其中，w(0<w<1)為通信加權(quán)因子，可根據(jù)實際需求進行修改，用于權(quán)衡感知和通信性能，bm為b(v,β)的第m個元素，和是調(diào)整ofdm系統(tǒng)的運用分配系數(shù)ai,m分別最大化所述通信功能和感知功能得到的最優(yōu)解所對應(yīng)的最優(yōu)值。

27、進一步的，所述mimo信道的總?cè)萘繛椋?/p>

28、

29、其中，為噪聲功率，λi為hhh的個特征值，當(dāng)時，有nu個非零特征值；

30、所述mimo系統(tǒng)的最優(yōu)感知功率分配結(jié)果為：

31、

32、其中，為多徑信號分量的功率，為主徑信號的功率，i0(·)為修正的零階貝塞爾函數(shù)，噪聲功率為

33、所述mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的資源分配結(jié)果為：

34、

35、其中，w為通信容量所占權(quán)重系數(shù)，用于權(quán)衡通信和感知性能，u(ai,m)為感知最優(yōu)設(shè)計準(zhǔn)則，c(ai,m)為通信最優(yōu)設(shè)計準(zhǔn)則，是由每個發(fā)射天線上的功率占總功率的權(quán)重所構(gòu)成的大小為的向量。

36、一種mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)功率分配的系統(tǒng)通信性能評價方法，包括：

37、基于mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的應(yīng)用場景參數(shù)得到ofdm系統(tǒng)的運用分配系數(shù)，基于所述ofdm系統(tǒng)的運用分配系數(shù)對ofdm系統(tǒng)的信號子載波進行功率分配；

38、所述ofdm系統(tǒng)的通信功能通過最大化信道容量進行功率分配，所述ofdm系統(tǒng)的感知功能通過給定虛警概率，最大化有目標(biāo)條件假設(shè)下非中心復(fù)卡方分布的非中心參數(shù)值完成功率分配；

39、對所述ofdm系統(tǒng)的信道容量和非中心參數(shù)值進行歸一化處理，并加入通信加權(quán)因子，得到ofdm系統(tǒng)的功率分配最優(yōu)值；

40、將mimo系統(tǒng)的信道作為多個并行的siso信道，對所述并行siso信道容量求和，并作為mimo信道的總?cè)萘浚?/p>

41、基于所述mimo信道的總?cè)萘坎捎米畲蠡迫槐群瘮?shù)使感知檢測概率最大，得到多輸入多輸出天線下的mimo系統(tǒng)的最優(yōu)感知功率分配結(jié)果；

42、采用歸一化并加入權(quán)值的方法，結(jié)合所述ofdm系統(tǒng)的功率分配最優(yōu)值以及mimo系統(tǒng)的最優(yōu)感知功率分配結(jié)果，得到mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的資源分配結(jié)果；

43、基于所述mimo信道的總?cè)萘客ㄟ^對不同通信容量所占權(quán)重系數(shù)的信道容量隨信噪比的變換進行分析，得到系統(tǒng)通信性能評價結(jié)果。

44、一種mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)功率分配的系統(tǒng)感知性能評價方法，包括：

45、基于mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的應(yīng)用場景參數(shù)得到ofdm系統(tǒng)的運用分配系數(shù)，基于所述ofdm系統(tǒng)的運用分配系數(shù)對ofdm系統(tǒng)的信號子載波進行功率分配；

46、所述ofdm系統(tǒng)的通信功能通過最大化信道容量進行功率分配，所述ofdm系統(tǒng)的感知功能通過給定虛警概率，最大化有目標(biāo)條件假設(shè)下非中心復(fù)卡方分布的非中心參數(shù)值完成功率分配；

47、對所述ofdm系統(tǒng)的信道容量和非中心參數(shù)值進行歸一化處理，并加入通信加權(quán)因子，得到ofdm系統(tǒng)的功率分配最優(yōu)值；

48、將mimo系統(tǒng)的信道作為多個并行的siso信道，對所述并行siso信道容量求和，并作為mimo信道的總?cè)萘浚?/p>

49、基于所述mimo信道的總?cè)萘坎捎米畲蠡迫槐群瘮?shù)使感知檢測概率最大，得到多輸入多輸出天線下的mimo系統(tǒng)的最優(yōu)感知功率分配結(jié)果；

50、采用歸一化并加入權(quán)值的方法，結(jié)合所述ofdm系統(tǒng)的功率分配最優(yōu)值以及mimo系統(tǒng)的最優(yōu)感知功率分配結(jié)果，得到mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的資源分配結(jié)果；

51、基于所述mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的資源分配結(jié)果，將所有功率分配在一個發(fā)射天線上，則發(fā)射天線的數(shù)量為1，使用最大次序統(tǒng)計量對萊斯信道中多徑信號分量的功率和主徑信號的功率近似等效，得到最優(yōu)發(fā)射天線功率檢測概率；

52、基于所述mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的資源分配結(jié)果，其他的發(fā)射天線也會被分配到功率，計算得到所述其他發(fā)射天線功率檢測概率；

53、基于最優(yōu)發(fā)射天線功率和其他發(fā)射天線功率占總功率的比例對各天線上檢測概率加權(quán)求和，得到系統(tǒng)感知性能評價結(jié)果。

54、一種mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)功率分配的系統(tǒng)，包括：

55、第一運算單元，被配置為：

56、用于基于mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的應(yīng)用場景參數(shù)得到ofdm系統(tǒng)的運用分配系數(shù)，基于所述ofdm系統(tǒng)的運用分配系數(shù)對ofdm系統(tǒng)的信號子載波進行功率分配；

57、第二運算單元，被配置為：

58、用于所述ofdm系統(tǒng)的通信功能通過最大化信道容量進行功率分配，所述ofdm系統(tǒng)的感知功能通過給定虛警概率，最大化有目標(biāo)條件假設(shè)下非中心復(fù)卡方分布的非中心參數(shù)值完成功率分配；

59、整合單元，被配置為：

60、用于對所述ofdm系統(tǒng)的信道容量和非中心參數(shù)值進行歸一化處理，并加入通信加權(quán)因子，得到ofdm系統(tǒng)的功率分配最優(yōu)值；

61、第三運算單元，被配置為：

62、用于將mimo系統(tǒng)的信道作為多個并行的siso信道，對所述并行siso信道容量求和，并作為mimo信道的總?cè)萘浚?/p>

63、第四運算單元，被配置為：

64、用于基于所述mimo信道的總?cè)萘坎捎米畲蠡迫槐群瘮?shù)使感知檢測概率最大，得到多輸入多輸出天線下的mimo系統(tǒng)的最優(yōu)感知功率分配結(jié)果；

65、輸出單元，被配置為：

66、用于采用歸一化并加入權(quán)值的方法，結(jié)合所述ofdm系統(tǒng)的功率分配最優(yōu)值以及mimo系統(tǒng)的最優(yōu)感知功率分配結(jié)果，得到mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的資源分配結(jié)果。

67、一種計算機設(shè)備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)如所述一種mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)功率分配的方法的步驟，或?qū)崿F(xiàn)如所述一種mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)功率分配的系統(tǒng)通信性能評價方法，或?qū)崿F(xiàn)如所述一種mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)功率分配的系統(tǒng)感知性能評價方法。

68、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如所述一種mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)功率分配的方法的步驟，或?qū)崿F(xiàn)如所述一種mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)功率分配的系統(tǒng)通信性能評價方法，或?qū)崿F(xiàn)如所述一種mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)功率分配的系統(tǒng)感知性能評價方法。

69、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

70、本發(fā)明提供一種mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)功率分配的方法及系統(tǒng)，包括：基于mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的應(yīng)用場景參數(shù)得到ofdm系統(tǒng)的運用分配系數(shù)，基于所述ofdm系統(tǒng)的運用分配系數(shù)對ofdm系統(tǒng)的信號子載波進行功率分配；所述ofdm系統(tǒng)的通信功能通過最大化信道容量進行功率分配，所述ofdm系統(tǒng)的感知功能通過給定虛警概率，最大化有目標(biāo)條件假設(shè)下非中心復(fù)卡方分布的非中心參數(shù)值完成功率分配；對所述ofdm系統(tǒng)的信道容量和非中心參數(shù)值進行歸一化處理，并加入通信加權(quán)因子，得到ofdm系統(tǒng)的功率分配最優(yōu)值；將mimo系統(tǒng)的信道作為多個并行的siso信道，對所述并行siso信道容量求和，并作為mimo信道的總?cè)萘?；基于所述mimo信道的總?cè)萘坎捎米畲蠡迫槐群瘮?shù)使感知檢測概率最大，得到多輸入多輸出天線下的mimo系統(tǒng)的最優(yōu)感知功率分配結(jié)果；采用歸一化并加入權(quán)值的方法，結(jié)合所述ofdm系統(tǒng)的功率分配最優(yōu)值以及mimo系統(tǒng)的最優(yōu)感知功率分配結(jié)果，得到mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的資源分配結(jié)果；本技術(shù)采用通信容量和感知檢測概率加權(quán)求和為系統(tǒng)綜合性能指標(biāo)，提出不同權(quán)重情況下的功率分配方案，能夠靈活調(diào)整通信與感知功能之間權(quán)重的功率分配。

71、本發(fā)明提供一種mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)功率分配的系統(tǒng)通信性能評價方法，包括：基于mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的應(yīng)用場景參數(shù)得到ofdm系統(tǒng)的運用分配系數(shù)，基于所述ofdm系統(tǒng)的運用分配系數(shù)對ofdm系統(tǒng)的信號子載波進行功率分配；所述ofdm系統(tǒng)的通信功能通過最大化信道容量進行功率分配，所述ofdm系統(tǒng)的感知功能通過給定虛警概率，最大化有目標(biāo)條件假設(shè)下非中心復(fù)卡方分布的非中心參數(shù)值完成功率分配；對所述ofdm系統(tǒng)的信道容量和非中心參數(shù)值進行歸一化處理，并加入通信加權(quán)因子，得到ofdm系統(tǒng)的功率分配最優(yōu)值；將mimo系統(tǒng)的信道作為多個并行的siso信道，對所述并行siso信道容量求和，并作為mimo信道的總?cè)萘?；基于所述mimo信道的總?cè)萘坎捎米畲蠡迫槐群瘮?shù)使感知檢測概率最大，得到多輸入多輸出天線下的mimo系統(tǒng)的最優(yōu)感知功率分配結(jié)果；采用歸一化并加入權(quán)值的方法，結(jié)合所述ofdm系統(tǒng)的功率分配最優(yōu)值以及mimo系統(tǒng)的最優(yōu)感知功率分配結(jié)果，得到mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的資源分配結(jié)果；基于所述mimo信道的總?cè)萘客ㄟ^對不同通信容量所占權(quán)重系數(shù)的信道容量隨信噪比的變換進行分析，得到系統(tǒng)通信性能評價結(jié)果；本方法可以針對系統(tǒng)通信性能做出準(zhǔn)確評價，隨著加權(quán)系數(shù)增大，系統(tǒng)通信性能越好，當(dāng)加權(quán)系數(shù)為1時，達到最優(yōu)通信性能。

72、本發(fā)明提供一種mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)功率分配的系統(tǒng)感知性能評價方法，包括：基于mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的應(yīng)用場景參數(shù)得到ofdm系統(tǒng)的運用分配系數(shù)，基于所述ofdm系統(tǒng)的運用分配系數(shù)對ofdm系統(tǒng)的信號子載波進行功率分配；所述ofdm系統(tǒng)的通信功能通過最大化信道容量進行功率分配，所述ofdm系統(tǒng)的感知功能通過給定虛警概率，最大化有目標(biāo)條件假設(shè)下非中心復(fù)卡方分布的非中心參數(shù)值完成功率分配；對所述ofdm系統(tǒng)的信道容量和非中心參數(shù)值進行歸一化處理，并加入通信加權(quán)因子，得到ofdm系統(tǒng)的功率分配最優(yōu)值；將mimo系統(tǒng)的信道作為多個并行的siso信道，對所述并行siso信道容量求和，并作為mimo信道的總?cè)萘?；基于所述mimo信道的總?cè)萘坎捎米畲蠡迫槐群瘮?shù)使感知檢測概率最大，得到多輸入多輸出天線下的mimo系統(tǒng)的最優(yōu)感知功率分配結(jié)果；采用歸一化并加入權(quán)值的方法，結(jié)合所述ofdm系統(tǒng)的功率分配最優(yōu)值以及mimo系統(tǒng)的最優(yōu)感知功率分配結(jié)果，得到mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的資源分配結(jié)果；基于所述mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的資源分配結(jié)果，將所有功率分配在一個發(fā)射天線上，則發(fā)射天線的數(shù)量為1，使用最大次序統(tǒng)計量對萊斯信道中多徑信號分量的功率和主徑信號的功率近似等效，得到最優(yōu)發(fā)射天線功率檢測概率；基于所述mimo-ofdm通感一體化系統(tǒng)的資源分配結(jié)果，其他的發(fā)射天線也會被分配到功率，計算得到所述其他發(fā)射天線功率檢測概率；基于最優(yōu)發(fā)射天線功率和其他發(fā)射天線功率占總功率的比例對各天線上檢測概率加權(quán)求和，得到系統(tǒng)感知性能評價結(jié)果；本方法可以針對系統(tǒng)感知性能做出準(zhǔn)確評價，從理論上計算不同信道參數(shù)和不同功率分配條件下的系統(tǒng)檢測概率。