[發明專利]一種雷達通信一體化系統中降低峰均功率比的方法

有效

• 申請號: 202110792825.1
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113489665B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 萬顯榮;劉燕;易建新
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;G01S13/86
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 許蓮英

本發明提出了一種雷達通信一體化系統中降低峰均功率比的方法。雷達通信一體化系統中過高的PAPR導致射頻功率放大器其線性度或功率效率降低，惡化一體化系統綜合性能。為了解決系統峰均功率比過高的問題，基于頻域星座擴展可降低各個子載波相位相同或相近的峰值信號迭代的概率，通過增加參與擴展的星座數量及增大擴展區域范圍的星座擴展方法，能有效地降低系統峰均功率比，具有良好的一體化系統綜合性能。本發明公開了一種雷達通信一體化系統中降低峰均功率比的星座擴展方法，根據設置不同的限幅門限及星座擴展半徑，可獲得不同的系統綜合性能滿足不同工程需求。

技術領域

本發明屬于雷達與通信結合的信號處理領域，尤其涉及一種雷達通信一體化系統中降低峰均功率比的方法。

背景技術

雷達的使用已經擴展到許多民用領域，包括交通控制、遙感、汽車巡航控制和防撞。與此同時，對無線通信中不斷增長的速率的追求將載波頻率推向了傳統上分配給雷達系統的頻帶。隨著電子設備及信息系統不斷地發展，頻譜資源日益緊張，而傳統單一作戰平臺顯然已不能滿足當前需求。由于不斷增長的需求及資源限制，導致了雷達和通信系統共存的情況，這也成為目前學術界和工業界的研究重點。從技術發展趨勢角度出發，雷達系統與通信系統在系統結構、信道特性、以及信號處理等方面都十分相似。從實際應用場景需求角度出發，物聯網、車聯網、以及智慧城市等多種新興場景需要雷達與通信相互協作。實現雷達和通信一體化有助于減少天線數量、系統尺寸、重量和功耗，并緩解對電磁兼容性和頻譜擁塞問題的擔憂。該領域的新興技術依賴于被動檢測、波形多樣性、協同設計和智能計算等概念，其中給定架構的每個部分都被視為一個子系統，其設計選擇必須與其他組成子系統協商。

正交頻分復用技術(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)因其抗多徑衰落能力和高頻譜效率的優勢，廣泛應用在雷達和通信領域。但是，OFDM信號也存在些許缺點，其一就是使得雷達通信一體化信號具有高峰均功率比(Peak-to-Average PowerRatio,PAPR)的特性，即部分信號瞬時功率相對于平均功率相比過高。過高的PAPR這導致一些具有非線性特性的器件，尤其是射頻功率放大器，其線性度或功率效率降低。該問題加重了功率放大器的線性與效率矛盾問題；增加雷達目標探測的難度；此外，還需考慮綠色信息傳輸技術發展趨勢。鑒于運營成本、系統壽命、服務質量等考慮因素，改善功放效率的需求十分迫切。

PAPR是衡量功放輸入信號包絡的度量值，其定義為信號瞬時的最大值與信號平均功率之比。為了描述PAPR的分布特點，通常使用互補累計分布函數(ComplementaryCumulative Distribution Function,CCDF)來評估PAPR抑制的性能，其定義為OFDM信號的PAPR大于參考值PAPR₀的概率。

目前，大分部降低PAPR的方法主要是針對通信系統，同時考慮到雷達系統性能的方法很少。降低PAPR的技術可以大致分為三大類：基于編碼類技術，多信號與概率類技術，信號失真類技術。編碼類方法通常計算復雜度較高，接收機需要進行解碼操作，尤其在高速率需求下編碼效率低，冗余信息的引入降低了有效數據傳輸速率。多信號與概率類方法一般處理延遲較大，且需要額外增加信號處理資源。信號失真類方法通常會導致帶內外信號失真，但一般處理復雜度不高，易于實現。

多信號與概率類中傳統星座擴展方法不需要傳輸邊帶信息，且接收機不需要增加額外解調操作，其通過移動映射后的最外圍星座點位置，降低各個子載波相位相同或相近的峰值信號迭代的概率，達到降低信號PAPR的目的。傳統星座擴展方法僅擴展外圍星座點，由于隨著高傳輸速率的需求增大，參與擴展的外圍星座點占比逐漸降低，導致抑制PAPR性能下降，不能滿足系統需求。

發明內容

本發明針對現有星座擴展方法降低高峰均功率比效果不理想這一不足，通過增加參與擴展的星座數量及增大擴展區域范圍，提供一種抑制效果顯著的星座擴展方法降低雷達通信一體化系統中過高的高峰均功率比。并且，該方法不影響系統雷達探測性能。