本发明涉及通信，具体涉及一种ramimo通信系统分集复用增益分析方法。
背景技术：
1、在过去，雷达系统和通信系统通常是两个独立的系统。雷达专注于目标检测、参数估计、目标跟踪和识别等任务，而通信则侧重于信息传递和交流。随着无线技术的普及和应用需求的提高，雷达与通信一体化(integrated radar and communications，irc)系统已经成为是必然趋势。现有研究大都集中在irc系统中雷达和通信信号之间的干扰抑制上，但经过适当的合作处理，一体化系统不仅可以很好的完成雷达和通信任务，还能大大提高两者的性能(q.he,z.wang,j.hu,r.s.blum,performance gains from cooperative mimoradar and mimo communication systems[j],ieee signal processing letters 26(1)(2019)194–198.)。
2、在合作式一体化系统中，对于通信任务，有用信息不仅可以从通信发射机到接收机的直达路径信号中提取，还可以从雷达目标反射的通信信号中提取，称之为雷达辅助(radar-aided，ra)mimo通信系统。通过雷达和通信的相互合作，在接收端采用相应的信号处理，可以显著提升通信质量。
3、由于雷达系统和通信系统任务有区别，相应的性能指标也有所不同(z.wei,h.qu,y.wang,et al.,integrated sensing and communication signals toward 5g-a and6g:a survey[j],ieee internet of things journal,vol.10,no.13,pp.11068-11092,2023.)。在现有的一体化研究中，通常可以通信容量、数据速率、频谱效率、信干燥比、互信息和比特/符号差错率作为通信的性能指标。
4、因此有必要在一体化框架下讨论irc系统的中通信子系统的分集增益和复用增益。分集和复用增益可用于通信系统中衡量通信错误概率和数据速率。而且，分集和复用通常也无法同时达到最优，两者之间会有一个折中。因此，在一体化系统中，讨论ramimo通信子系统的分集和复用增益，并在此基础上对两者的折中进行分析是十分重要的。
技术实现思路
1、本发明针对背景技术的不足，研究了合作式一体化系统中ramimo通信系统的分集增益和复用增益，并推导了通信子系统的分集增益和复用增益的折中方法。
2、第一方面，本发明提供一种ramimo通信系统分集复用增益分析方法，包括：
3、对通信接收端观测到的时间样本建模，时间样本模型包括通信发射的目标反射路径和直达路径信号、雷达发射的目标反射路径和直达路径信号；
4、依据时间样本模型计算出关于通信信号协方差矩阵的通信互信息的熵值；
5、依据熵值计算通信中断概率获取分集增益；
6、计算当前通信信道容量与对应的最大复用增益；
7、获取到ramimo通信子系统分集复用最优折中曲线；
8、依据最优折中曲线从观测数据中提取最大的ramimo通信分集增益和ramimo通信复用增益。
9、进一步的，所述对通信接收端观测到的时间样本建模，时间样本模型包括通信发射的目标反射路径和直达路径信号、雷达发射的目标反射路径和直达路径信号，包括：
10、获取包括多个通信子系统的接收端数据；
11、第nc(nc＝1,...,nc)通信接收端得到第l(l＝1,...,l)个时间样本点为：
12、
13、其中，前两项为来自通信发射的目标反射路径和直达路径信号，第三、第四项为来自雷达发射的目标反射路径和直达路径信号，mr和nr表示雷达子系统发射和接收天线数，mc和nc表示通信子系统的发射和接收天线数，第mr(mr＝1,...,mr)个雷达发射机和第mc(mc＝1,...,mc)个通信发射机处发出的信号分别为和其中er和ec分别表示雷达和通信的发射功率，且mrer＝eβr,mcec＝e(1-βr)，e为irc系统的总发射功率，βr为分配给雷达系统的功率比，和表示相应延时点数，和为相应路径的衰落系数，wc,nc[l]为噪声，变量l是时间样本的总数。
14、进一步的，还包括对时间样本模型的矩阵进行向量化处理，将所有通信接收端的所有时间样本排列成为向量rc，接收信号模型向量rc为：
15、
16、其中，代表克罗内克积，[·]t表示转置，
17、
18、
19、
20、
21、
22、
23、符号diag{·}表示块对角线，
24、
25、wc服从均值为零的高斯分布，协方差矩阵为i为单位矩阵。
26、进一步的，所述依据时间样本模型计算出关于通信信号协方差矩阵的通信互信息的熵值，具体包括：
27、依据接收信号模型获取通信互信息：
28、
29、其中h(·)表示信息熵，(·)h表示共轭转置，qs表示通信信号的协方差矩阵。
30、进一步的，所述依据熵值计算通信中断概率获取分集增益，具体包括：
31、pout(r)＝pr{i(rc；sc)＜r}
32、＝pr{log(det(snrhhh+i))＜r},
33、式中pr{a}表示事件a发生的概率，det(·)表示求行列式，r为期望的信息速率，表示通信系统的信噪比，且信道矩阵h为
34、
35、计算通信分集增益dc
36、
37、其中，所述通信中断概率用于衡量通信链路在一定条件下可靠性。
38、进一步的，所述计算当前通信信道容量与对应的最大复用增益，具体包括：
39、计算通信信道容量：
40、c(snr)＝e{logdet(snrhhh+i)}≤plogsnr,
41、计算通信最大复用增益rc：
42、
43、其中p＝min{nc,mc}。
44、进一步的，所述获取到ramimo通信子系统分集复用最优折中曲线，具体包括：
45、通信子系统分集复用最优折中曲线为dc(rc)
46、dc(rc)＝(2q-rc)(p-rc),
47、其中q＝max{nc,mc}。
48、进一步的，所述依据最优折中曲线从观测数据中提取最大的ramimo通信分集增益和ramimo通信复用增益，还包括：
49、获取、调整通信信道提供的自由度总数；
50、通过控制增加发送和接收天线数的最小值min{nc,mc}增加信道的自由度总数。
51、本发明提供的一种ramimo通信系统分集复用增益分析方法，通过计算得到通信系统的分集增益、复用增益，以及两者之间折中；
52、本发明提供的技术方案用来评估合作式mimo雷达通信一体化系统的通信性能。
53、本发明的分析方法可以与mimo雷达系统合作并加以利用，从而可以提升通信系统的性能。
1.一种ramimo通信系统分集复用增益分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种ramimo通信系统分集复用增益分析方法，其特征在于，所述对通信接收端观测到的时间样本建模，时间样本模型包括通信发射的目标反射路径和直达路径信号、雷达发射的目标反射路径和直达路径信号，包括：
3.根据权利要求2所述的一种ramimo通信系统分集复用增益分析方法，其特征在于，还包括对时间样本模型的矩阵进行向量化处理，将所有通信接收端的所有时间样本排列成为向量rc，接收信号模型向量rc为：
4.根据权利要求3所述的一种ramimo通信系统分集复用增益分析方法，其特征在于，所述依据时间样本模型计算出关于通信信号协方差矩阵的通信互信息的熵值，具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种ramimo通信系统分集复用增益分析方法，其特征在于，所述依据熵值计算通信中断概率获取分集增益，具体包括：
6.根据权利要求5所述的一种ramimo通信系统分集复用增益分析方法，其特征在于，所述计算当前通信信道容量与对应的最大复用增益，具体包括：
7.根据权利要求6所述的一种ramimo通信系统分集复用增益分析方法，其特征在于，所述获取到ramimo通信子系统分集复用最优折中曲线，具体包括：
8.根据权利要求7所述的一种ramimo通信系统分集复用增益分析方法，其特征在于，所述依据最优折中曲线从观测数据中提取最大的ramimo通信分集增益和ramimo通信复用增益，还包括：
