基于5G新空口的感知通信一体化多波束系统

由于多波束通信信道中的重要信号会受到传播距离的影响,存在串行干扰和噪声,致使天线方向图与实际数值不一致。针对该问题,设计一种基于5G新空口的感知通信一体化多波束系统。通过5G新空口多波束基站、多波束基站天线自动对准平台以及多波束采集控制平台三部分,设计感知通信一体化多波束系统硬件结构;并在系统硬件结构基础上设计系统软件部分,采用多波束形成方法设计5G新空口多波束赋形接收和发射子系统,获取天线方向图。在子系统内,通过5G新空口混合时空编码,采用QR分解构建多波束分解信道矩阵,消除编码过程中存在的串行干扰;根据信道分解结果,采用基于通道映射的方法提取多波束通信信道中的重要信号。通过系统硬件和软件设计构建基于5G新空口的感知通信一体化多波束系统。系统测试结果表明,所设计系统多波束成形是向中心点聚拢的,天线方向最大值为0,与理想图完全重合,能够实现多波束稳定传输。

面向6G的基于通信感知一体化的超可靠低时延通信及雷达感知

通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication,ISAC)技术允许设备在相同的硬件设备与频谱上进行雷达感知与数据通信,是6G的关键技术之一。另外,工业自动化以及智能驾驶等业务越发依赖高可靠低时延通信。因此,可以将ISAC技术与超可靠低时延通信(Ultra-Reliable Low Latency Communication,URLLC)技术进行融合,并联合设计雷达感知与URLLC预编码。基于此,提出了一个URLLC下的用户设备和速率最大化问题,且满足雷达感知的性能要求。为了解决该优化问题,首先利用基于二次变换的分式规划方法和连续凸近似方法处理短包容量公式,其次利用一阶泰勒展开方法处理雷达感知性能约束。仿真结果表明,所提设计能够同时满足雷达感知与URLLC要求,具有较好的性能。

雷达通信感知一体化研究综述

随着第五代移动通信技术的迅猛发展,军事和民用领域对于无线电频谱资源的需求不断增长。在这一时代背景下,雷达与通信的融合技术成为国内外学者关注的研究热点。对此,深入分析雷达通信一体化技术的发展现状,涵盖国内外的研究动态和技术进展。首先详细梳理雷达通信一体化技术的发展历程,阐释其在现代通信系统中的重要性及应用前景。其次,重点论述信号处理的一体化。最后,在分析现有成果的基础上,展望雷达通信一体化技术的未来走向。针对在推动雷达通信一体化技术商业化和实际应用中可能遇到的挑战,提出相应的解决策略和建议,为未来的研究和应用提供重要的思路和方向。

雷达通信一体化专题征文通知

现代军事和民用平台大都同时具备雷达与通信功能。传统的分立式设计增加了系统的体积、功耗和成本,并降低了系统的电磁兼容性能。雷达通信一体化设计能够让雷达和通信共享硬件平台,从而克服上述缺点。从技术趋势角度看,现有雷达与通信系统的硬件架构、信道特性以及信号处理方法已经十分接近,两者的结合乃至一体化已成必然趋势;从应用需求角度看,相当一部分5G-A/6G新兴应用需要进行雷达感知与通信联合设计,例如智慧工厂、智慧家庭等物联网应用,以及上述车联网、自动驾驶等智能交通应用。为高效利用频谱、功率等无线资源,并服务于多种新兴应用场景,雷达通信一体化被广泛认为是能够大幅提升资源利用率的一种低成本解决方案,受到了学术界和工业界的广泛关注。

基于叠加导频的雷达与通信一体化信号处理算法研究

MIMO-OFDM技术日益成熟,MIMO系统为雷达通信一体化系统提供了硬件支持,OFDM调制为通信感知一体化系统提供了合适的调制方法;传统通信系统的接收方只接收通信信息而浪费了携带的信道信息,后者正是雷达系统所需的信息,通感一体化系统也提高了信息利用率;在通信感知一体化系统的存在诸多不同形式中,采用了叠加导频的系统,验证了叠加导频相较于传统导频策略的优越性,并研究了基于叠加导频的雷达系统的性能;直接使用香农公式计算通信雷达融合信道的信道容量,并研究两部分功率比对于系统互信息的影响。

紫外通信与感知一体化:建模与系统优化

针对目前结合感知的通信研究很少,需要建立通信感知一体化的信号模型及系统联合设计优化框架。基于此,给出了紫外通信与感知一体化框架,包括一个发射端、一个感知探测端与一个通信接收端。发射端发射调制信号到通信接收端,进行信息传输。借助于紫外光的非视距散射特性,部分调制信号分量散射至未知探测目标并继续反射到达感知探测端,感知探测端基于接收到的信号进行目标探测。凝练通信收发端信号的互信息作为通信性能指标,感知探测端在给定虚警率下的漏检概率作为感知性能指标,并分析两者与发射端调制参数(高电平功率、低电平功率与先验概率)的关系。分析结果表明了通信与感知性能的权衡关系,并指出了高电平功率应该设定为峰值功率,低电平功率与先验概率应该作为系统设计参数进行优化,在给定互信息下界时最小化漏检概率。

基于无网格压缩感知的雷达通信一体化系统目标参数估计方法研究

本文基于一种基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的雷达通信一体化系统,利用目标时延与多普勒在时频域优良的稀疏性,提供了多种基于无网格的二维时频联合估计方法以解决传统稀疏恢复方法字典失配导致的性能较差的问题,有效提高了动目标参数估计性能,并提供了多测量向量(Multiple measurement vector,MMV)模型,可有效解决低信噪比下目标参数估计性能差的问题。同时,针对基于矢量二维原子范数计算量较大的问题,本文利用半正定规划(SDP)将传统方法的高维Toeplitz矩阵解耦为两个低维Toeplitz矩阵,可将计算复杂度降低几个数量级,同时保留原子范数在超分辨性能的优势,可适应于OFDM多子载波与多符号数波形体制。仿真结果证明该方法保持了原子范数类算法的估计性能优势,并显著减少了计算量。

立体交通系统通感算一体化关键技术

以无人机、智能网联汽车、道路基础设施等空地平台为载体的立体交通系统是智慧城市综合交通在6G网络中发展的前沿方向。随着海量无线通信终端、智能传感器等物理设备与交通运输环境、载运工具和道路基础设施深度融合,立体交通系统对通信感知的需求日益增长;然而,当前系统的发展受网络体系结构、通信资源、计算资源和感知能力的制约,其信息交互与综合处理能力亟待协同提高。另一方面,通信感知与边缘计算一体化(ISACEC)技术发展及其在空地协同网络中应用,为立体交通系统演进提供了新的推动力。面向立体交通系统应用场景,总结了ISAC-EC技术发展与应用现状,然后构建了空对地、地对空通信感知联合优化模型,给出了通信波束和雷达波束联合设计的关键技术思路;最后,针对典型应用场景开展仿真实验,结果展现了通感算一体化关键技术在立体交通系统中的应用潜力和优势,可为系统发展建设提供指导。

面向无人机雷达通信一体化系统的轨迹与资源联合优化

针对灵活高效的区域探测和数据回传任务,研究了时分复用模式下无人机雷达通信一体化系统(IRCS)的时间资源分配、功率资源分配和无人机轨迹的联合优化问题,以达到最大化系统雷达探测链路和通信传输链路的加权总容量的目的。为解决该非凸优化问题,采用了块坐标下降(BCD)算法及逐次凸逼近(SCP)技术,迭代优化时间资源分配、功率资源分配和无人机轨迹。仿真结果表明,所提方案可以得到收敛解,并且可以有效提升系统容量。

雷达-通信一体化系统设计

多传感器、多功能综合是现代战争电子装备的一个重要发展趋势,而雷达-通信一体化是综合射频技术的重要发展方向之一。创新性地构建了一个基于数字阵列体制的雷达-通信一体化试验系统,该试验系统基于共用射频前端模块进行雷达和通信信号的实时控制与资源共享,是一个兼具目标探测、跟踪与通信的多任务综合体。试验结果表明雷达与通信模式均能正常工作,实测数据率与设计值相当,语音和图片传输快速、流畅,证明了该试验方法的可行性。

杂波环境中雷达通信一体化系统波形设计算法研究

针对杂波环境中雷达通信一体化系统探测性能下降的问题,该文以信干噪比作为设计准则,通过联合优化系统发射波形和接收滤波器来抑制杂波,进而增强目标探测性能。为同时保证系统信息传输的质量,将通信信号的多用户干扰能量纳入约束条件。此外,引入相似性约束使得发射波形具有良好的模糊函数。为求解发射波形和接收滤波器联合优化问题,提出了一种基于循环优化和半正定松弛的迭代算法。理论分析证明了算法的收敛性。仿真结果表明,所设计的波形不仅可以提升系统在杂波环境中的目标探测性能,而且可以高效地实现多用户通信。

雷达通信一体化系统中低复杂度PAPR抑制算法研究

为解决基于分数阶傅里叶变换的正交频分复用雷达通信一体化系统的高峰均功率比(PAPR)问题,提出一种低复杂度的PAPR抑制算法。该算法在发射端通过限幅法降低系统PAPR,在接收端结合压缩感知原理,运用改进的正交匹配追踪算法重构被限幅的信号。仿真结果表明,该PAPR抑制算法能够避免高信噪比条件下限幅法所引起的信号失真和带外辐射,在保证误码率性能的同时有效降低PAPR,并且相比传统基追踪算法具有更低的计算复杂度。

合作式MIMO雷达通信一体化系统的检测与互信息增益

本文研究合作式多输入多输出(Multiple-input multiple-output,MIMO)雷达通信一体化系统的性能,雷达系统和通信系统在共存的基础上相互合作。一方面,通信端将信息与雷达端共享,则源自雷达发射机和通信发射机的目标回波都被利用起来以完成雷达任务,一体化系统可等效为主被动混合式的MIMO雷达系统,有利于提高雷达方面的性能。另一方面,雷达端将信息与通信端共享,则在传统通信基础上,经雷达目标反射的通信信号也可被加以利用,完成通信任务,有利于提高通信方面的性能。本文以雷达目标检测概率和通信互信息为例,推导雷达系统和通信系统的性能,分析表明合作给MIMO雷达通信一体化系统中雷达端和通信端都带来了性能提升。进一步,针对功率有限的系统,讨论合作式MIMO一体化系统的功率分配问题,并仿真得到了最优的功率分配方式。

新的互补序列在雷达通信一体化中的应用

雷达通信一体化能有效整合系统射频资源,可利用射频前端同时实现目标探测和通信。针对一体化中存在的随机通信数据引起的高距离旁瓣及严重的回波遮掩性问题,提出了一种基于离散傅里叶矩阵循环扩展的互补码构造方法,设计了一种新的基于完全互补码的雷达通信一体化方案,该方案采用扩频多载波信号形式。理论分析和仿真结果表明,所提出的信号设计方式能够获得低距离旁瓣,有效地解决近距离探测的问题,又可以满足通信多用户传输的需求,符合基于信号共享的雷达通信一体化设计要求。

雷达通信一体化共享信号技术研究

雷达通信一体化是多功能综合射频系统的一个重要的研究方向,基于信号共享的雷达通信一体化系统因其一体化程度最高而备受关注.针对雷达通信一体化信号设计中存在的不兼容和互干扰问题,对基于频分多载波Chirp技术、正交频分复用技术(OFDM)和扩频技术的雷达通信信号共享的可行性和方案进行了研究,并对共享信号雷达目标回波检测方法、共享信号数据调制解调方法以及雷达通信一体化系统性能等方面的基础性问题进行了初步分析.

基于波形共用机制的雷达通信一体化研究进展

随着电子信息技术的发展,未来特殊场景的电子设备应用必将演变为综合电子对抗水平的竞争,指挥平台需要配备多种电子对抗设备,但装备的体积、质量以及电磁兼容等问题往往难以满足实际场景的需求。为此,多功能的一体化系统成为一种有效的解决途径;同时,为了节约频谱资源,雷达通信一体化共用波形设计成为研究热点。重点阐述了近几年一体化共用波形设计的思路,分别从波形体制和波形优化理论两方面介绍一体化波形设计的新进展,着重讨论当前OFDM与LFM体制一体化波形设计,以及基于信息论的一体化波形设计的优劣。最后,探讨了当前一体化波形存在的问题与未来一体化系统发展的方向。

基于一体化波形的W波段光子辅助通信感知系统

提出并演示了一个光子辅助的集成雷达和通信系统,该系统利用光子辅助拍频在W波段产生毫米波信号。通过将正交相移键控(QPSK)信号编码到线性调频连续波(LFMCW)雷达信号上,实现了传感和通信波形的集成。一体化波形可以通过去啁啾分离通信信号与雷达感知信号,并通过脉冲压缩实现高分辨率感知。实验结果表明,在91 GHz频段内可实现单目标和双目标检测,感知精度约为2.0 cm。此外,成功实现了W波段下2 m、10 m和50 m传输距离的20 Gbit/s高质量无线通信。该系统还适用于各种成分的一体化波形,为高速通信和高分辨率雷达感知融合提供了有效参考。

基于互信息的MIMO雷达通信一体化系统的性能分析

该文讨论共存式多输入多输出(Multiple-input multiple-output, MIMO)雷达通信一体化系统的性能。雷达端和通信端采用合作的方式共享信息,使得一体化系统的通信端可以利用雷达信号来辅助完成通信任务,而雷达端则可利用被动的通信信号来完成雷达任务。该文推导合作情况下共存一体化MIMO系统的雷达互信息和通信互信息,并与非合作情况下的性能进行分析对比,结果表明通过适当的合作,雷达互信息和通信互信息相对非合作情况都有明显提升。进一步,讨论系统参数对一体化系统总互信息的影响。最后通过仿真验证了理论分析的正确性。

一种成像雷达的通信一体化信号设计与分析

雷达与通信系统一体化可以最大限度地利用雷达设备,使雷达的优良性能为通信服务.根据信号共享的原则,在保持成像雷达和通信各自功能实现的前提下,设计了一种基于随机频率步进调制的成像雷达通信一体化信号.该信号的设计方法是对发送的通信数据进行随机编码处理,然后将其调制到雷达载波的频点上发送出去,实现通信功能;而引入压缩感知理论后,采用这种信号仍能获得高分辨率的雷达图像,在一定功能上实现了成像雷达和通信的一体化.

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。