基于频分多址的多用户OFDM通信雷达一体化方案

通信雷达一体化(RadCom)被认为是下一代通信技术的重要研究方向,受到了学术界和工业界的广泛关注。研究了基于频分多址(FDMA)的多用户OFDM RadCom方案,其关键问题在于多用户子载波分配方式。不同的子载波分配方式会导致雷达距离处理出现不同的旁瓣水平,从而影响雷达的测距性能,在子载波采用连续分配和随机分配方式的情况下,各用户在雷达距离处理时会出现明显的旁瓣,雷达测距性能退化严重。为了找到适当的子载波分配方式,使得各用户的雷达距离处理的旁瓣水平尽可能低,以距离观测窗内的综合旁瓣水平作为代价函数,发现在用户数受限的情况下,子载波采用等间隔分配方式时,代价函数取得最小值,所有用户的旁瓣水平在距离观测窗内最低,各用户都能够有效地实现雷达探测功能。最后,在车联网(IoV)场景下,对不同的子载波分配方式进行仿真和对比,验证了子载波等间隔分配的有效性。

基于完全互补码扩频的通信雷达一体化系统

海量的设备接入网络极易导致严重的频谱拥堵,通信雷达一体化是应对该挑战的关键方法之一。然而,如何有效应对多用户和多目标之间的自干扰和互干扰是通信雷达一体化亟待解决的基础难题。为此,借助码分复用机理,将完全互补码作为扩频码,设计通感一体化信号,构建了多用户和多目标场景下的通信雷达一体化方案。仿真结果表明,与典型的扩频方案相比,所提方案具有更低的误码率与更高的频谱效率;此外,当信噪比较低时,所提方案可以对更多目标进行探测。

基于SDFnT的变尺度索引调制通信雷达一体化系统

基于变尺度离散菲涅尔变换(Scaled Discrete Fresnel Transform,SDFnT)生成的变尺度正交啁啾分复用(Scaled Orthogonal Chirp Division Multiplexing,SOCDM)信号具有可变尺度的特点,结合索引调制技术,本文提出了一种新型多模索引调制的SOCDM通信雷达一体化系统设计。首先在发射端,通过将通信比特分为两部分,一部分对尺度变换因子进行编码,另一部分进行chirp域索引调制。索引调制后的信号经过SDFnT变换后,可得到由通信比特控制的不同斜率的SOCDM信号。然后在接收端,根据SDFnT对chirp信号有聚集作用,本文设计了一种基于能量大小的解调算法,用来解调尺度变换比特。通过仿真分析,该系统相比正交频分复用-索引调制(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Index Modulation,OFDM-IM)系统,在不牺牲误码率下,能具有更好的雷达性能,更高的频谱效率。

通信雷达一体化系统的最优波束调度算法

面向通信雷达一体化系统,针对通信和雷达波束调度需求冲突,利用通信业务分集特性,在雷达探测时段内优化雷达探测波位选择,以携带更多通信数据,从而降低引入雷达功能后通信吞吐量的性能损失。通过将该问题建模为二分图最优匹配问题,能够获得低复杂度雷达波束调度算法,实现雷达波束扫描和通信数据传输匹配。仿真结果表明,所提算法能够在保障雷达波位扫描需求的同时,减少引入雷达功能后的通信吞吐量损失。

5G NR通信雷达一体化系统雷达性能分析

随着无线通信5G/6G技术的发展,基于通信雷达一体化(RadCom)技术的新兴业务不断涌现。为实现基于5G新空口(NR)的RadCom,需考虑3GPP定义的最新5G NR无线通信标准所涵盖的多种部署场景,然而,在不同场景中雷达探测性能会受限于5G NR参数集。因此,需在特定的场景下,探索采用不同5G NR参数集的雷达探测性能。以车联网(IoV)场景的雷达探测需求和基础雷达性能参数计算准则为约束,给出了不同5G NR参数集条件下的雷达探测性能仿真分析,为未来基于5G NR标准及其部署场景的RadCom系统设计及优化给出指导性建议。

基于连续波的通信雷达一体化距离处理分析

随着科技的发展,车联网(IoV)和6G对通信雷达一体化(RadCom)技术的需求逐渐增加。基于连续波和波形共用体制的正交频分复用(OFDM)RadCom系统有两种距离处理方式:基于周期自相关函数(PACF)与基于频域元素级除法。在距离处理中,这两种方式对接收噪声有不同的影响,导致其雷达性能出现差异。通过对基于PACF方式和基于频域元素级除法方式的等效噪声幅度放大因子和相关旁瓣分析,给出了两种距离处理方式的临界信噪比计算方法。最后,在IoV场景中对雷达探测性能进行了仿真评估,验证了该临界信噪比计算方法的有效性。

CBB架构宽带通信雷达一体超外差接收机研究与设计

研究设计基于CBB(Common Building Block)架构的宽带通信雷达一体超外差接收机,旨在提供一种快速、高效的多用途接收整机设计方法。该方法设计7种共用基础模块,各自实现接收整机中的一部分技术与功能指标;对7种共用基础模块按照各自特点进行系列化研制、生产,形成各自的产品库;在通信雷达一体超外差接收机的设计中,结合技术指标要求,选用相应的共用基础模块进行组合,即可完成相应的整机设计工作。此方法的优点是:简化整机设计难度、减少重复开发、缩短研制周期、提高产品成熟度,以及便于设备的测试、维修等。

基于块对角化的通信雷达频谱共存设计

针对通信与雷达同频共存问题,提出了基于块对角化的波束设计方案。首先,在保证不对雷达设备造成干扰和满足功率限制的前提下,构建最大化通信系统和速率的优化问题。为求解该问题,引入了通信用户间干扰为0的约束,使非凸的原问题具备解析解。根据引入约束带来的关于通信基站发射天线数的限制,提出了另外2种算法进一步考虑当不满足限制条件时的块对角化设计。仿真结果表明,所提算法能在各种场景下引入约束使原问题有解,计算复杂度较低,具备较高的实际工程应用价值。

通信雷达一体化波形设计与信号处理的研究

通信雷达一体化波形设计与信号处理工作会直接影响信号传输的效率与质量。为了优化通信雷达一体化波形的设计效果、提升信号的处理质量,文章以通信雷达一体化波形设计与信号处理问题为研究对象,首先分析了传统的通信雷达一体化架构、信号处理方法及雷达性能评估方法,然后论述了通信雷达一体化波形的设计,最后阐述了通信雷达一体化波形设计与信号处理的要点,仅供参考。

基于NOMA-OFDM的雷达通信一体化波形设计

针对基于正交频分复用的雷达通信一体化波形设计中,通信信息的随机性会影响雷达性能以及过高峰均包络比(PAPR)可能导致信号在射频端出现严重失真的问题,文中提出了利用非正交多址将雷达信号与通信信号在功率域中分开,以降低通信信息随机性对雷达性能的影响,并利用主动星座图扩展(ACE)对叠加信号进行PAPR抑制的波形设计方法。首先,分析了传统功率分配原则导致叠加星座出现混叠的原因,并给出在不同调制阶数的最佳功率分配;其次,从理论上分析了ACE技术对叠加信号进行PAPR抑制的可行性;最后,仿真结果表明,在不同调制方式和不同信噪比下,当功率分配最佳时能同时达成雷达信号高检测率和通信符号最低误码率。ACE技术的使用同时保证了优良的雷达性能和通信端的低误码率,对叠加信号的PAPR有较好的抑制效果。

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。

基于处理增益优势的雷达嵌入式通信波形性能评价方法

雷达嵌入式通信(REC)是一种使雷达与通信共用频谱的隐蔽通信方式,通过在高功率雷达后向散射回波中嵌入通信波形完成低截获概率(LPI)通信。传统的REC波形性能分析通常将通信可靠性和LPI性能分开考虑,忽略了其综合性能。基于处理增益提出了处理增益优势这一分析指标,对3种REC波形的通信可靠性能、LPI性能以及综合性能进行分析,为满足不同需求下REC通信的波形及参数选择提供了全新参考。仿真结果证实了利用处理增益优势分析REC波形性能的正确性和可行性。

NC-OFDM雷达通信一体化设计

雷达通信一体化有利于提高设备硬件资源利用率和频谱利用率,已成为近年来的研究热点。针对目前频谱资源稀缺的情况,结合认知无线电的概念,提出了基于非连续正交频分复用(NC-OFDM)的雷达通信一体化设计,对NC-OFDM雷达通信一体化信号测量目标特征进行了距离及速度的估计,并对基于NC-OFDM雷达通信一体化信号模糊函数、雷达成像的距离分辨率和方位分辨率、自相关性及误码率进行了分析,同时,选取互信息作为指标,利用优化算法进行波形设计。仿真结果表明,NC-OFDM雷达通信一体化信号具有较好的雷达探测性能和更为优良的无线通信性能。

GDS-MIMO-OFDM雷达通信一体化波形设计

针对正交频分复用(OFDM)雷达通信一体化波形存在的通信速率较低、自相关旁瓣较高的问题,提出了一种基于Gold码扩频的多输入多输出-正交频分复用(MIMO-OFDM)雷达通信一体化波形。将MIMO-OFDM与扩频序列相结合,利用相关性较好的Gold码对通信信息进行扩频,再与OFDM脉冲符号进行调制,进而设计出一种既能提高通信速率又能改善雷达性能的一体化波形。仿真实验证明,较相同仿真条件下的Gold-OFDM、脉冲压缩-正交频分复用(PC-OFDM)一体化波形而言,所设计的一体化波形的通信速率能够倍数提高且可以在不影响通信性能的前提下降低信号模糊函数的旁瓣,从而改善一体化系统的雷达性能。

基于数据失真的雷达通信一体化OFDM波形设计方法

正交频分复用(OFDM)波形设计是实现雷达通信一体化的物理层关键技术之一。OFDM波形通常存在峰均功率比(PAPR)高,以及波形自相关旁瓣电平高的问题。该文针对现有联合降低PAPR和自相关旁瓣方法存在的通信速率下降问题,提出了一种基于数据失真的一体化波形设计方法。该文还将通信数据的误差矢量幅度作为优化目标之一,降低了数据失真引起的通信误码率。首先,构建了PAPR约束下最小化积分旁瓣比和误差矢量幅度的优化模型。其次,根据调制星座图特点,通过外围星座调制的数据失真和所有调制数据失真,将多目标高维非凸优化问题转化为两个单目标优化子问题,分别采取凸松弛操作和交替方向乘子法(ADMM)求解简化后的子问题,得到低积分旁瓣比波形和PAPR约束下的低误差矢量幅度波形。仿真结果表明该方法设计的一体化波形可满足PAPR要求,同时具有良好的感知和通信性能。

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。

无人船的OFDM-LFM激光雷达通信一体化信号性能分析

为提高无人船的安全性、雷达目标探测精度和通信效率,提出一种在船舶间集成无线激光通信与激光雷达的正交频分复用-线性调频(Orthogonal Frequency Division Multiplexing-Linear Frequency Modulation,OFDM-LFM)一体化信号系统。运用比尔-朗伯定律、瑞利散射及菲涅耳公式对水面光学特性进行建模,分别考察了水面对光的吸收、散射以及水面起伏对光信号的影响。分析了16进制正交振幅调制(16-Quadrature Amplitude Modulation,16QAM)、正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying,QPSK)、二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying,BPSK)以及最小频移键控(MinimumShiftKeying,MSK)4种调制方式下系统的通信误码性能,并在确保一体化系统雷达速度分辨率的条件下,引入脉冲压缩技术来提升雷达的距离分辨率。仿真结果表明,无人船OFDM-LFM激光雷达通信一体化信号系统在BPSK调制方式下具有最优性能,其误码率在信噪比为8dB时可达到10^(-5)以下,优于传统连续相位调制(ContinuousPhaseModulation,CPM)下的OFDM-LFM系统3.5dB;一体化信号系统经过脉冲压缩处理后,具有5.9m的最佳距离分辨率和2.04081m/s的速度分辨率。

OTFS雷达通信一体化复用波形设计

随着无线通信技术的发展,雷达和通信频段逐渐相互重叠,使得雷达通信一体化成为了缓解频谱资源紧张的最好的实现方法之一。作为雷达通信一体化的主要载体之一,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的波形设计方法可分为两大类,一类是复用波形设计,另一类是共用波形设计。由于共用波形设计需要考虑雷达和通信性能之间的折中,且在雷达信号处理过程和通信接收端需要设计专门的处理流程,因此在频谱资源较为充足时,基于OFDM的复用波形设计比起共用设计优势更明显。由于OFDM对多普勒的敏感性高,基于OFDM的复用波形设计不适用于高速运动场景。针对这一问题,本文提出了一种基于正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)的雷达通信一体化复用波形设计。这种设计利用OTFS多普勒容忍性高的特点,可实现高速运动场景下的雷达通信一体化。鉴于OTFS的时延-多普勒域和雷达的快时间慢时间概念相似,本文采用多普勒复用的方法实现了一体化复用信号设计,并提出了该波形下的通信和雷达接收端的处理流程。通信接收端通过OTFS解调可实现高速通信,雷达接收端无须进行波形分离,可直接利用常规雷达信号处理流程完成目标信息的估计。本文通过仿真验证了所提一体化复用波形的可行性,同时通过仿真验证了所提波形在高速运动场景上,相比于OFDM体制复用波形在雷达目标参数估计和通信误码率上的优势。

基于极化-相位调制的雷达通信一体化波束方向图设计

为进一步实现雷达与通信系统的高效协同,提出一种基于极化相位联合调制的雷达通信一体化发射波束方向图设计方法。首先,通过正交子空间投影方法将权矢量投影至指定流形空间的零空间;然后,针对通信与探测权矢量的不同指标设计目标函数并通过优化算法求解,以实现通信信息的嵌入与极化控制;最后,添加人工噪声干扰以降低非通信方向对通信信息的截获概率。仿真结果表明所提方法可以实现极化调控和旁瓣约束,通信信号相比于已有方法具有更高的传输速率和抗截获概率。

智能超表面辅助联合雷达与通信系统设计

联合雷达与通信系统(Joint Radar and Communication System, JRCS)是解决6G网络频谱资源紧缺的有效技术之一。受智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)研究的启发,提出了一种RIS辅助JRCS的技术,能够有效提高用户的加权和速率(Weighted Sum Rate, WSR)以及探测性能。利用加权最小均方误差分式规划(Weighted Minimum Mean-Square Error Fractional Programming, WMMSE_FP)算法进行求解,并通过迭代求解找到最优解,构建了用户的WSR以及探测性能最大化的优化模型。仿真结果表明,RIS辅助JRCS较RIS辅助分离雷达与通信系统,在最大化WSR及提高目标探测性能方面表现更佳;系统的最大化WSR提高到8.52 bit/s/Hz,比分离雷达与通信系统提高了2.11 bit/s/Hz,主瓣波峰值可以达到32.04 dBm。