可重构智能表面辅助双功能雷达通信系统的联合波束优化

双功能雷达通信系统(DFRC)是有效解决未来网络频谱资源拥挤问题的理想技术之一,该文引入了可重构智能表面(RIS)技术,旨在提升用户的加权和速率和系统的探测性能。首先在雷达功率约束和可重构智能表面的恒定模约束以及通信的整体功率预算下,构建了通信用户的加权和速率和系统探测性能最大化的优化模型。通过联合优化基站的主动波束和可重构智能表面的无源被动波束形成,该文设计了一种有效的基于加权最小均方误差、分式规划和流形优化的交替优化算法,将非凸优化问题转化为两个子问题并利用迭代进行求解。仿真结果表明,所提方案对解决该问题的有效性和对用户加权和速率在较低迭代次数下达到收敛,并且可使用户的加权和速率上限提升0.86 bit/(s·Hz)和使系统探测更具方向性。

基于延迟断点映射FMCW的双功能雷达通信系统设计

基于调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW)的双功能雷达通信(Dual-Functional RadarCommunication, DFRC)系统具有时频利用率高、抗多普勒性能强、距离旁瓣低的特点。现有的FMCW-DFRC波形系统产生双功能性能恶化,并增加通信接收机的链路复杂度。设计了一种基于延迟断点映射(Delayed Breakpoint Mapping, DBM)FMCW的DFRC系统,通过啁啾周期内延迟断点位置的映射和被分割的簇间的相位进行数据调制。通信接收端在载波混频和欠采样后,在数字域实现去啁啾、码片对齐和数据解调,极大降低了接收端生成相干信号和ADC性能的需求。在雷达处理链路中,设计了断点区域删除与拼接(Breakpoint Area Deletion and Splicing, BADS)方案,使DFRC的雷达性能与无调制的FMCW一致。仿真结果表明,与无补偿的方案相比,BADS方案距离图像的副瓣幅度减小约37 dB,且不受调制数据的影响。与现有基于啁啾波形的DFRC方案的通信性能相比,DBM-FMCW降低了约3 dB误符号率。

基于射频链选择和混合预编码设计的双功能雷达通信能效最大化研究

针对毫米波大规模多天线双功能雷达通信系统能量效率低、硬件成本过高等问题,建立双功能雷达通信新模型,提出并求解系统能效最大化问题。首先,考虑硬件损耗干扰和多用户干扰等因素,提出新的通信模型与雷达模型。其次,构建具有感知约束和功率约束的能效最大化问题,并将该非凸问题分解为两个子问题。最后,利用基于近似优化方法的分数规划和加权正交匹配追踪算法,分别实现射频链选择子问题和混合预编码设计子问题的优化求解。仿真结果表明,所提机制方案不仅实现了系统能效最大化,同时实现了通信性能与感知性能之间的折中优化。

双功能雷达通信系统的多用户功率分配算法

为解决传统多用户双功能雷达通信系统因载波分配导致通信性能较差的问题,提高双功能雷达通信系统的资源利用率,提出了一种通信用户载波共享模型下的多用户功率分配方案,并通过构造合理的资源分配问题使得系统具有更优的通信性能。首先,建立双功能雷达通信系统的通信用户载波共享信号模型。其次,为保证双功能雷达通信系统性能,构造了以系统通信和速率最大并满足雷达信噪比下界、总功率和用户功率约束的优化问题,通过理论分析严格证明了优化问题的可行性。最后,为求解凸优化问题,提出一种多用户功率分配算法,通过引入辅助变量对目标函数进行二次转换,将其分解为两个优化子问题,继而通过交替迭代的方式进行求解。研究结果表明,相较于传统通信用户载波分配模型,优化后的通信用户载波共享模型通信和速率提高了约40%,从而验证了所提方案具有更优的通信性能,有效提高了系统资源利用率。本研究成果为提高多用户双功能雷达通信系统的通信性能提供了一种新思路和手段。

基于峰均比约束的双功能雷达通信波形折中优化设计

双功能雷达通信(DFRC,dual-function radar-communication)技术利用相同的硬件平台、频谱资源和发射波形同时实现雷达和通信功能,为实现通信感知一体化功能提供强有力的支撑。针对双功能雷达通信系统,研究了雷达和通信的波形折中优化设计,同时考虑在传输能耗和峰均比约束下,构建具有二次等式和不等式约束的非凸优化问题,并利用非线性等式约束交替方向乘子算法将非凸优化问题分解为3个子问题实现优化求解。仿真结果表明,优化设计的双功能雷达通信波形可逼近理想雷达波形,同时实现了雷达性能和通信性能之间的折中优化。

RIS辅助双功能雷达与隐蔽通信系统性能优化

针对智能超表面(RIS)辅助双功能雷达与通信(DFRC)系统的隐蔽传输问题,提出多策略交替优化(MSAO)算法.在隐蔽约束、雷达恒模约束和总功率约束的条件下,通过联合设计通信波束赋形向量、雷达信号协方差矩阵和RIS相位偏转矩阵,最大化合法用户Bob的隐蔽通信速率和目标探测功率,实现隐蔽通信和雷达感知功能的折中.在完美Willie信道状态信息和不完美Willie信道状态信息场景下,仿真结果表明,相对于传统单连接RIS和没有部署RIS系统,采用广义全连接模式部署RIS可以更好地传输波束方向图,提高Bob隐蔽通信速率上限,扩大可实现速率的范围,实现通信和感知功能更大的自由度.

智能反射面辅助雷达通信双功能系统的多载波波形优化方法

雷达通信一体化是解决频谱资源拥挤问题的有效途径之一,而共享波形设计是同时实现雷达与通信功能的关键技术,该文旨在解决智能反射面(IRS)辅助雷达通信双功能(DRC)系统的多载波波形优化问题。首先,通过最大化传输功率、通信码字错误率(WEP)、旁瓣幅度与IRS反射系数约束下的雷达互信息(RMI),构建了双功能发射波形、IRS反射单元、雷达与通信接收波束联合优化模型。其次,提出了基于交替方向最大化(ADM)的多载波波形优化算法,通过将原非凸优化问题分解为若干低复杂度子问题并迭代优化,获得了多载波波形功率分配策略的局部最优解。最后,仿真结果表明,ADM算法能同时实现雷达与通信功能;相较于现有方法有效提升了IRS辅助DRC系统的雷达与通信性能。

基于FMCW的新型多域联合调制双功能雷达通信技术

在频谱稀缺现状与6G万物互联需求形势之下,雷达通信一体化得以催生,引起了学术界广泛的关注和研究兴趣.一体化的相关技术研究中,如何在有限的硬件资源条件下平衡好通信与感知性能是一个难题.为解决这个问题,本文提出了一种基于多域联合传输的通感一体化系统方案,利用空域、频域、时域和能量域4种资源进行信息传输,可有效提高数据传输准确率,提升系统性能.构建的自适应偏移索引调频连续波雷达通信系统(offset FMCW-based radar-communications system,OFRaC),有效挖掘了偏移索引调制与原调频连续波雷达通信系统(FMCW-based radar-communications system,FRaC)的优势特性,减少了射频切换时间,提升了传输速率.为降低通信接收端的误比特率(bit error rate,BER),文中还提出了一种基于最短信道距离的天线选择OFRaC(antenna selection-based OFRaC,AOFRaC),可以在OFRaC基础上对BER性能做进一步改善.最后,通过仿真实验,本文分析了AOFRaC,OFRaC与原FRaC系统在通信和感知方面的性能变化,对比了所使用目标检测方法与传统方法的性能优点.得出的结论是,所提出的多域联合调制方案在通信与感知性能中能取得更好的折中与平衡,尤其在需要更轻负载的车联网、无人机等应用场景中,简易的雷达和通信接收端架构将给系统带来优势.

一种面向智慧船舶的通探一体化海冰预警方案

智慧船舶的构建,必然对信息感知、通信技术、安全预警、智能化、无人化提出刚性需求。本文面向智慧船舶需求,提出了适用于远洋极地科考船的“舰船-无人机群通探一体化协同的海冰预警方案”。方案中,机群采用航拍无人机与领航无人机配合的方式,并设计了船上通探一体化发射单元。舰船使用阵列天线产生雷达波束追踪领航无人机以掌握无人机群的位置,同时建立舰船与航拍无人机之间的毫米波通信链路。本文详细介绍了在大规模MU-MIMO下的通探一体化波束成形算法,在有限发射功率内,一方面能够满足一定信干噪比的通信需求,另一方面可以产生高质量的雷达探测波束。在实现算法中,采用交替最小化方法,先得到全数字波束成形下的最优解,再根据所得结果完成混合波束成形。在仿真实验中,在多个场景下模拟,验证了方案的可行性。

基于通感一体化的Wi-Fi卸载匹配算法

针对目前移动数据流量激增所导致的通感一体化无线通信网络系统中的拥塞和过载问题,提出一种基于通感一体化的Wi-Fi卸载匹配算法。首先,基于信息论综合考虑系统的通信吞吐量和感知互信息量,定义系统的效用函数,在满足用户QoS的同时最大化系统的总效用;其次,基于图论的思想建立Wi-Fi信道分配算法为每个Wi-Fi接入点分配信道,并将用户的接入选择问题建立为具有外部性的多对一匹配博弈模型。仿真结果表明,所设计的卸载策略能够提高系统的总效用,缓解基站处的数据压力。