[發明專利]通信感知一體化系統陣列天線與5G新空口估角方法

在審

• 申請號: 202310374345.2
• 申請日: 2023-04-10
• 公開（公告）號: CN116405348A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 楊剛;段怡瀟;胡蘇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04W4/02;G01S3/14
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發明屬于無線通信領域，提供一種通信感知一體化系統陣列天線與5G新空口估角方法，用以實現高精度、高分辨率、最大目標數且低復雜度的角度估計，進而滿足ISAC場景應用需求。本發明提出一種支持高精度角度估計的通感節點收發陣列天線，在收發天線總數相同情況下，實現了更大的陣列角度估計自由度，大幅提高角度估計的精度、分辨率、最大目標數等性能；在滿足同等角度估計性能的前提下，所需天線陣元數更少，極大地降低設備成本和體積。同時，將5G蜂窩系統的參考信號用作主動感知信號，提出了基于虛擬陣列流形矩陣降維的改進型MUSIC角度估計方法，在不影響蜂窩通信性能的前提下，實現了低復雜度高精度的方向感知。

技術領域

本發明屬于無線通信領域，具體提供一種通信感知一體化系統陣列天線與5G新空口估角方法。

背景技術

新一代無線網絡已被視為許多新興應用的關鍵推動因素，例如智能城市和工業、車聯網及遠程醫療等，這些應用需要高質量的無線通信以及高精度、高魯棒的環境感知能力。基于無線通信技術體系的通信感知一體化(Integrated?Sensing?and?Communication，ISAC)設計能使無線通信和感知集成在單個系統中，并且相互增強，逐漸成為第六代移動通信技術(6G)的重要研究方向。在ISAC系統中，通信設備作為傳感器能夠接收傳統通信信號并進行角度估計，實現目標定位或輔助通信，快速、準確的角度估計方法對于ISAC系統波束形成、對準以及信道估計等多方面性能提升有著重要意義。同時，5G新空口(5G?New?Radio，5G?NR)作為第五代移動通信技術(5G)國際標準，在各個領域有著廣泛應用，基于5G?NR的通信感知一體化系統角度估計方法越來越受到關注。

在陣列天線方面，現有ISAC系統的收發天線多采用均勻陣列天線，ISAC場景中需要高精度、高分辨率的角度估計，并且在同一時刻估計的目標數往往很多，均勻陣列角度估計的性能與天線陣元數目相關，若需要提升角度估計性能，就會增加硬件成本和計算復雜度；稀疏陣列能實現入射信號的稀疏感知，其角度估計性能不再受限于天線陣元個數，適合ISAC場景應用。

在角度估計方面，現有的角度估計方法主要有基于子空間的角度估計方法、基于壓縮感知算法的角度估計方法以及基于信號設計的角度估計方法；其中，基于子空間的多信號分類算法(Multiple?Signal?Classification，MUSIC)需要較多的天線陣元和信號處理單元來實現高精度、高分辨率的角度估計；基于壓縮感知算法的角度估計方法復雜度較高，不利于高移動性的ISAC場景應用；此外，由于ISAC場景中角度估計利用通信信號進行估計，導致許多基于信號設計的角度估計方法無法使用、或者對通信系統的性能產生影響。

發明內容

本發明的目的在于針對背景技術中存在的諸多問題，提供一種通信感知一體化系統陣列天線與5G新空口估角方法，用以實現基于5G?NR的高精度、高分辨率、最大目標數且低復雜度的角度估計，進而滿足ISAC場景應用需求。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種通信感知一體化系統陣列天線，包括：發送陣列天線與接收陣列天線；其中，

所述接收陣列天線與發送陣列天線均采用二級嵌套陣列，二級嵌套陣列的基礎間隔為d₀；

以任一陣列天線為基準陣列，計算得到基準陣列的自由度f_N；

設置縮放因子D＝f_N，將另一陣列天線中相鄰陣元的間隔均乘以縮放因子D。

一種通信感知一體化系統的角度估計方法，通信感知一體化系統包括ISAC節點與K個感知目標，ISAC節點的發射端采用1TMR模式或XTMR模式；具體包括以下步驟：

步驟1.ISAC節點的接收端對回波信號進行處理，得到接收信號；

步驟2.計算接收信號的協方差矩陣Z，并將接收信號的協方差矩陣Z向量化為z；