基于多载波调制的太赫兹通信感知一体化系统性能联合优化

单一的雷达指标和通信指标难以评价通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication, ISAC)系统的整体性能,不同的ISAC应用场景对通信和雷达的性能需求不同。提出了ISAC联合优化方案,能够将通信指标和雷达指标联合,并使一体化波形根据不同场景做适应性改变,提高了ISAC系统整体性能。推导了雷达条件互信息(Mutual Information, MI)和通信数据信息速率(Data Information Rate, DIR),在总功率的约束下,设计并实现了雷达MI和通信DIR的联合优化方案,通过求解凸函数优化问题得到了优化的发射功率,从而优化一体化波形。通过仿真和实验验证了联合优化方案的有效性,对比了基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)信号和正交啁啾分复用(Orthogonal Chirp Division Multiplexing, OCDM)信号调制的光子太赫兹一体化系统的优化效果,得出OFDM一体化系统具有更好的优化效果,性能提升较大。     

基于OFDM的无人机雷达通信一体化设计方法

为了最大程度地利用资源和减小电磁干扰,无人机平台的雷达通信一体化设计有着尤为重要的意义。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)信号具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性能、易于数字化处理等优点,在雷达通信一体化系统备受关注。然而,OFDM信号在雷达和通信系统中对多普勒频偏较为敏感,针对多普勒频偏引起的子载波间干扰(Inter-Carrier Interference,ICI)问题,本文设计出一种RS-OFDM雷达通信一体化信号,并提出一种ICI抑制的信号处理算法,其中基于多普勒估计和校正实现OFDM的无ICI处理。仿真结果表明:所提方法在目标成像性能上优于传统方法,且对多普勒频偏具有较强的鲁棒性,而且并无明显增加计算复杂度。      

基于索引调制OFDM雷达通信共享信号压缩感知方法研究

针对在雷达通信一体化(RadCom)系统中正交频分复用(OFDM)共享信号通信速率不高、可靠性较差的问题,该文提出一种采用子载波索引调制(IM)的OFDM共享信号方案(OFDM-IM)以及对应的基于压缩感知(CS)的雷达信号处理算法。该方案在发射端采用IM调制增强OFDM信号通信质量,在雷达接收端采用CS技术获取目标的距离-速度2维超分辨图像,进一步采用快速分段重构、2次相参积累的方法降低算法的计算复杂度。仿真实验表明,相比于传统算法,该方法能显著提升对OFDM-IM共享信号的处理性能,并实现超低距离副瓣,是一种能够同时增强雷达与通信性能的一体化共享信号方案。     

一种基于OFDM-chirp的雷达通信一体化波形设计与处理方法

雷达通信一体化波形设计是近年来的研究热点.有学者提出利用正交频分复用(OFDM)信号的奇偶载波分别调制雷达与通信功能来实现一体化.但OFDM通信系统一般采用循环前缀(CP)来避免多径效应带来的载波间干扰(ICI)和符号间干扰(ISI),这会降低能量利用率,并会形成虚假目标,影响雷达性能;此外,传统的OFDM一体化信号对...     

雷达通信一体化研究现状与发展趋势

雷达通信一体化通过一套共用的硬件设备实现雷达探测与通信传输,相比于传统单一的雷达或者通信设备,更易集成化、小型化和高效利用频谱。该文系统地介绍了雷达通信一体化的原理与特点,指出了一体化研究中亟需解决的问题,从典型的基于线性调频(LFM)的雷达通信一体化信号出发,全面梳理了国内外针对雷达通信一体化的相关研究,着重归纳了正交频分复用(OFDM)与多入多出(MIMO)技术在雷达通信一体化波形设计、信号处理、一体化系统设计等几个重点方向的研究进展,并分析了雷达通信一体化未来的可能发展趋势及其在军事领域和民用智能交通领域的重要应用前景。     

双选信道下OCDM系统低复杂度均衡

正交Chirp复用(OCDM)是近年来提出的一种新的多载波体系,通过菲涅尔变换,获得一组正交Chirp信号,实现了CSS的最大频谱效率。该文介绍了OCDM系统的基本原理,重点研究了OCDM系统的低复杂度均衡算法。双选信道下,传统的MMSE均衡算法性能下降,提出一种基于近似带状矩阵的阻尼LSQR算法,作为求解稀疏矩阵的最小二乘迭代算法。为了缓解快速时变信道中的ICI,提出一种基于近似带状矩阵的LSQR-BDFE算法,结合判决反馈均衡,通过LSQR算法迭代计算。仿真结果表明,双选信道下,OCDM系统比OFDM系统有着更好的BER性能,所提出的LSQR-BDFE算法和带状阻尼LSQR算法,比MMSE均衡算法有着性能优势。     

基于互信息的雷达通信频谱复用方法

针对雷达通信一体化的应用需求,本文提出了基于互信息的雷达通信频谱复用方法。首先,建立了雷达通信一体化系统的信号模型;其次,构建了基于互信息的雷达性能评价指标,并在此基础上以通信率为通信性能评价指标,建立了基于信息论相关理论基础的雷达通信一体化系统性能评价模型;接着,根据雷达接收信号与通信接收信号的频带复用程度将频谱分配模式分为传统频谱非复用和两种频谱复用模式,推导了雷达通信一体化系统在三种模式下的性能内界;最后,通过对三种模式下的系统性能及频谱资源需求量进行定量仿真评估,对比了频谱复用模式相对于传统频谱非复用模式的系统效能得益,验证了所提方法的有效性。      

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OFDM 波形的短波通信与超视距雷达集成实验研究

该文利用武汉大学新近研制的全数字主被动一体化高频地波雷达硬件平台,开展了短波通信与雷达探测的一体化实验研究。结合高频电波特定传播环境,首先从通信角度介绍了正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)在短波通信中的关键技术,然后从雷达探测角度分析了OFDM 参数设计准则及其对超视距雷达探测性能的影响,最后说明了通信信号解调与探测信息获取的处理流程及部分关键技术,并介绍了硬件平台、参数配置及实验结果。结果表明OFDM 波形是一种良好的雷达通信一体化信号,该技术对超视距雷达(Over-The-Horizon Radar, OTHR)组网探测研究具有重要意义。      

FDM雷达信号的宽带模糊函数性能分析

OFDM(正交频分复用)雷达是近年来兴起的一种新体制雷达.由于其具有大时宽带宽积、良好的抗干扰性能、较高的频谱利用率和易于数字化处理等诸多优点近年来备受关注.OFDM雷达信号属于大时宽带宽积信号,在运用窄带模糊函数分析时具有一定的局限性,首先给出了OFDM雷达信号的回波模型,在此基础上推导出信号的宽带模糊函数表达式,分析了OFDM雷达的时频分辨性能.分析表明,OFDM信号具有近似图钉型的模糊函数,该结果可用于OFDM雷达系统的设计分析.     

集中式MIMO雷达研究进展：正交波形设计与信号处理

集中式多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）雷达通常利用正交波形增加发射波形自由度,采用数字阵列拓展空间收发自由度,使得雷达接收机的天线孔径获得明显扩展,最终带来空间分辨率、测角精确度、杂波抑制能力等大幅度提升。但是,这些性能提升的前提是发射波形具有正交特性。事实上,在实际应用中,在不牺牲时域/频域资源情况下,受限于时宽带宽积,无法获得完全正交的波形集合,从而限制了MIMO雷达系统性能。本文对集中式MIMO雷达正交波形复用的技术原理进行了系统回顾,分别归纳了三种快时间发射波形设计方法：时分复用（Time Division Multiplexing, TDM）、码分复用（Code Division Multiplexing,CDM）和频分复用 （Frequency Division Multiplexing, FDM）,以及两种慢时间发射波形设计方法：多普勒分复用（Doppler Division Multiplexing,DDM）和随机相位编码波形,并对其优缺点进行对比。同时,对快时间MIMO和慢时间MIMO的信号处理流程进行归纳综合,给出基于匹配滤波的集中式MIMO雷达统一信号处理框架。为了展示不同波形对成像性能的影响,本文给出了基于三维匹配滤波的MIMO雷达成像结果。最后,结合实际应用问题,指出当前MIMO雷达面临的技术难点和发展趋势。     

基于深度学习的水下无线光通信信噪比改善研究与实现

复杂的水下环境造成了水下光信号的质量下降,为提升水下无线光通信系统信号信噪比,结合深度神经网络提出了一种信噪比改善方法,该方法通过信号频谱有效抑制了信号噪声.实验结果表明:针对1m传输距离的水下无线光通信16阶正交振幅调制-正交频分复用(16QAM-0FDM)信号,该方法可以实现约17 dB的信噪比提升同时误码率降低至...     

降低OFDM系统高峰均功率比的方法研究

针对OFDM技术具有较高的峰均功率比（peak to average power ration,PAPR）这一主要缺点,提出一种控制OFDM载波信号衍生频谱的迭代算法,在降低系统高峰均功率比的同时,也降低系统的误码率.利用该算法对数据序列长度为64的OFDM信号进行仿真验证,随着迭代次数的增加,衍生频谱系数增大,系统平均功率增加,OFDM信号的峰值功率比得到一定的降低.     

四维信号星座图改进及相应OFDM系统模型设计

针对当前三维OFDM系统存在的频谱效率较低问题,提出了一种具有规则分布的四维信号星座图改进设计方法,并建立了相应的OFDM系统模型.在所提出的四维OFDM系统中,输入的比特信息通过设计的四维信号星座图映射到OFDM信号的子载波,再利用二维离散傅里叶反变换把OFDM信号从频域调制到时域.所设计的8点和16点四维星座图信号点分布弥补了以往高维星座图信号点无规则的缺陷,具有进一步降低误码率的潜能.通过对提出系统在AWGN和频率选择性衰落信道环境下的性能仿真验证,所提出的基于四维8点和16点OFDM系统比传统三维OFDM具有更优的误码率性能,且系统的频谱效率提高了三分之一.     

基于5G信号的脉压加权相参积累方法

5G信号携带的通信信息导致脉压信号出现大量随机性起伏旁瓣,类似于噪声对脉压信号的干扰,影响了相参积累性能.针对该问题,本文将脉压信号幅度加权的方法应用到基于5G信号的外辐射源雷达系统中,在单发单收的雷达模型基础上,理论分析了5G信号特性及脉压旁瓣起伏性较大原因,推导了脉压幅度加权方法抑制随机性旁瓣的可行性.最后,通过建...     

基于OQAM-OFDM的NOMA通信系统设计

针对传统基于正交频分复用（OFDM）调制波形的非正交多址接入（NOMA）通信系统存在的旁瓣衰减较慢问题,提出了一种基于交错正交幅度调制的正交频分复用（OQAM-OFDM）波形的NOMA系统设计方案。所提设计方法通过在典型NOMA系统设计中加入OQAM预调制和滤波器组滤波等处理,有效加快旁瓣衰减,实现了较好的频域聚焦性能。仿真结果表明,提出的设计方法不仅有效提高了系统的频谱利用率,而且在抵抗多径干扰时误码率有所降低。虽然重点研究了通信下行链路,但是所得结论同样适用于上行链路。     

Blind interference detection and recognition for the multi-carrier signal

For the interference hidden in the expected multi-carrier signal, this paper proposes a novel detection and recognition algorithm. The algorithm cannot only detect the single-carrier interference (SCI) by the high-order cumulant, but also finds the multi-carrier signal based on spectrum character. Besides, the algorithm can distinguish the modulation types of the SCI. The algorithm does not depend on any prior knowledge and data-aided, which is propitious to practical applications. The analysis and simulation results demonstrate that the proposed algorithm is effective.     

Phase Noise Spectral Limits in OFDM Systems

OFDM is recognized to be one of the best transmission techniques for wideband wireless communication systems. However, it exhibits two main drawbacks: its large amplitude fluctuation and its sensitivity to phase noise. Here we consider the phase noise impairments, taking care of the phase noise spectrum, which diverges form the classical Wiener model as the carrier frequency increases. Moreover, we show that the phase noise distortion can be decomposed in two terms, one dependent on the symbol under detection and the other dependent on the symbols of adjacent subcarriers, so that the performance degradation depends on both the constellation used in each subcarrier and the phase noise spectrum. As a consequence of this new results, the penalty due to phase noise expressed in terms of the average signal/noise plus interference ratio is not applicable in the case of modulations with non-constant amplitude constellations, such as 16- or 64-QAM. The method proposed here achieves a good accuracy, while keeping a low computational complexity, and it is confirmed by simulations. Roberto Corvaja was born in Padova (Italy) in 1967. He graduated at the Universisty of Padova in Electronic Enginering on 1990 and got his Ph.D. at the Univeristy of Padova in 1994. Since 1994 he is with the Dipartimento di Elettronica e Informatica of the University of Padova as a researcher and assistant professor on digital communications. Between 1994 and 1995 he spent 8 months at Hewlett-Packard Laboratories, Bristol (UK), working on equalization for a DECT receiver. His research activity in the past has regarded optical fibre communications systems and now is devoted to wireless communication systems. Silvano Pupolin was born in Venice, Italy, on February 17, 1947. He received the Laurea degree in Electronic Engineering from the University of Padova, Padova, Italy, in 1970. Since then he joined the Dipartimento di Elettronica e Informatica of the Universita' di Padova, where he currently is a Full Professor of Electrical Communications. He spent the summer 1985 at AT&T Bell Laboratories on leave from Padova, doing research on digital radio systems. He has been actively engaged in researches on digital communication systems since 1970. The topics covered has been: performance of baseband digital comunication systems, line encoding for spectral shaping, timing extraction, direct detection fiber optic system, spread spectrum communication systems, digital radio communications, with emphasis to the adaptive linearization of the High-Power-Amplifier. Actually, he is actively engaged in researches on digital radio, spread s pectrum systems, packet radio networks, personal communication systems and Cellular access to broadband systems for interactive communications. He is also National Project leader for a research on Personal Communication Systems. Dr. Pupolin is a Senior Member of IEEE and Member of AEI.     

OFDM系统降低峰均功率比的研究

正交频分复用技术非常适合高速通信系统,但却存在着高峰均比问题。部分传输序列法因其灵活有效的降低OFDM系统的峰均功率比而被广泛的研究。对以前技术研究之后,提出一种基于相位的搜索算法。仿真结果表明,用这种方法降低系统的计算复杂度,并且其性能和以前的方法相比没有降低。     

Pulse shaping for cognitive ultra‐wideband communications

Cognitive ultra‐wideband (C‐UWB) systems have recently received much attention because the huge bandwidth of ultra‐wideband (UWB) systems can better exploit the advantages of cognitive radio (CR) systems. Dynamic spectrum access (DSA) is a key technique in CR systems to implement dynamic spectrum change and can be easily implemented by changing the transmitted pulse shape in a C‐UWB communication system. In this paper, we propose an orthogonal expansion based pulse shaping method to implement DSA and to compensate for antenna distortion, which uses the orthogonal Hermite functions as the orthogonal basis. In order to eliminate the direct current (DC) component existing in even orthogonal Hermite functions and to reduce the computational complexity, two modified methods and a simplification procedure are also proposed. Our results indicate that the proposed orthogonal expansion based pulse shaping methods have a much lower computational complexity than the semi‐definite programming (SDP) method, while achieving a high power efficiency. Furthermore, we demonstrate that the distortion caused by the antenna effects can also be compensated during the pulse shaping process and a better signal‐to‐noise ratio (SNR) can thus be achieved. Therefore, the proposed method is very suitable for practical application in C‐UWB communications, in which the spectrum environment changes rapidly. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.