[發明專利]單站全雙工通信感知一體化信號設計與處理方法

有效

• 申請號: 202110696003.3
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113452498B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 曾勇;肖志強
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L5/00
• 分類號: H04L5/00;H04L5/14;G01S13/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 秦秋星

本發明公開了一種面向單站全雙工通信感知一體化的信號設計與處理方法，包括：根據感知性能指標，如最大無模糊距離、分辨率等，設計發送信號的相關參數；通信感知一體化發送機不僅利用慢時間編碼調制后的雷達信號進行低速率信息傳輸，同時利用雷達回波等待時間，發送通信信號，提高頻譜效率；通信接收機接收并解調雷達信號和通信信號；雷達接收機收到信號回波，經過自干擾消除和雷達信號處理，感知目標的距離與速度。本發明可以解決通信感知一體化中面臨的通信速率低、感知性能下降、存在距離盲區等問題，通過綜合利用雷達信號優異的自相關特性和通信信號的高頻譜效率，在保證感知精度的同時，提高目標檢測概率及系統的通信效率。

技術領域

本發明涉及6G(第六代移動通信系統)無線接入網(Radio Access Network,RAN)演進領域以及通信感知一體化設計領域，特別是涉及一種面向單站全雙工通信感知一體化的信號設計與處理方法。

背景技術

無線感知和無線通信系統有著不同的設計目標和性能指標，通常被認為是兩個獨立設計的系統，占用不同的頻段。然而，無線系統的發展和越來越多的無線接入設備使得頻譜資源日漸緊缺，因此怎樣高效地利用稀缺的頻譜資源是未來無線網絡發展的一個重要問題。并且，近年來，隨著通信技術和通信網絡的發展，如何利用無處不在的通信網絡來感知并構建物理世界和數字世界的橋梁，以獲得除通信功能以外的服務，受到了學術界和工業界越來越多的關注，使得面向通信感知一體化的研究成為了國內外的熱點。

早期的研究工作，主要致力于研究雷達和通信共存(Radar-CommunicationCoexistence, RCC)方法。這類研究考慮雷達和通信系統是兩套獨立的系統，各自將對方系統發送的信號認為是干擾，因此該方法的研究重點是怎樣抑制系統間的干擾，以保證各自的系統性能。然而，為了很好地抑制系統間的干擾，需要雷達和通信系統雙方建立一個共享信息(如信號波形等)的站點。這在實際應用中是十分困難的，需要付出額外的建設、運算和管理成本。此外，這種通信雷達分離式的設計，并不能給雙方系統帶來除頻譜效率以外更多的增益。另一方面，隨著現代數字雷達和通信系統的發展，兩種系統在信號處理上日趨相似，硬件設備更加通用，因此雙功能雷達通信(Dual-Function Radar-Communication,DFRC)的概念被提出，其目的是將雷達和通信功能集成到一個通用設備中，以減小系統尺寸和信息交換的開銷。

大多數現有的雙功能雷達通信設計方法可分為以雷達為中心和以通信為中心兩種類型。對于以雷達為中心的方法，為了保證雷達的感知性能，通信符號通常以相移鍵控(Phase-Shift Keying,PSK)等方式調制在各個雷達脈沖上。然而，由于傳統雷達脈沖具有極低的占空比，這類方法的通信速率非常有限。另一方面，對于以通信為中心的方法，雷達感知依賴于通信信號波形。然而由于通信波形本質上是隨機的，帶來了高峰均比(Peak-to-Average-Power-Ratio, PAPR)、隨機自相關特性和低分辨率問題，極大地降低了感知性能。

為了解決上述問題，近年來面向通信感知一體化的設計受到了學術界和工業界越來越多的關注，該設計理念需要綜合考慮通信和感知的性能指標，以進行聯合雷達通信(Joint Radar-Communication,JRC)的波形設計。現有的基于聯合雷達通信的方法主要有基于互信息(Mutual Information,MI)、基于波形相似性、基于克拉美羅下界(Cramer-RaoLower Bound, CRLB)等方法。然而，基于互信息量和基于波形相似性的方法不能直接反應系統的感知性能，而基于CRLB的通信感知一體化分析，因其復雜的表達式仍是一個挑戰。如何保證感知性能，同時提高通信傳輸速率是通信感知一體化研究的一個關鍵問題。

為了解決上述問題，本發明提出了一種面向單站全雙工通信感知一體化的信號設計與處理方法。

發明內容

本發明可以解決通信感知一體化中面臨的通信速率低、感知性能下降、存在距離盲區等問題，通過綜合利用雷達信號優異的自相關特性和通信信號的高頻譜效率，保證感知精度，同時提高目標檢測概率，提高系統的通信效率。