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激光雷达通信一体化波形设计及其性能分析

激光雷达通信一体化波形设计及其性能分析

作者：王莹兰州理工大学

学位级别：硕士

激光雷达通信一体化技术能够在激光雷达和通信系统之间共享频谱、硬件平台和信号处理算法等资源,以提升系统的频谱效率、硬件资源利用率和信号处理效率,从而获得集成增益。此外,该技术还能通过激光雷达感知和通信两种功能的相互协作,进... 详细信息

激光雷达通信一体化技术能够在激光雷达和通信系统之间共享频谱、硬件平台和信号处理算法等资源,以提升系统的频谱效率、硬件资源利用率和信号处理效率,从而获得集成增益。此外,该技术还能通过激光雷达感知和通信两种功能的相互协作,进一步提升彼此性能,从而获取协作增益。得益于这两个优势,激光雷达通信一体化技术已广泛应用于智慧交通、智能工业、物联网等新兴领域。激光雷达通信一体化技术的关键在于设计适合同时实现目标探测和信息传输功能的一体化波形。目前,一体化波形设计的理念主要是基于已有的通信波形进行优化,如单载波扩频、正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)等。其中,基于单载波扩频的一体化波形具有抗干扰能力强和截获率低等优点,但存在传输速率低等问题;而基于OFDM的一体化波形具有频谱效率高和灵活性强等优势,但面临峰值-平均功率比(Peak to Average Power Ratio,PAPR)较高、通信误码性能不佳等问题。这些问题会直接影响激光雷达通信一体化系统的总体性能。为了解决这些问题,本文具体研究内容如下:(1)针对基于单载波扩频的一体化波形存在传输速率较低等问题。本文将相位调制和扩频技术相结合,提出了一种基于四进制相移键控(Quadrature Phase Shift Keying,QPSK)-直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)的一体化波形设计方案。该方案通过对通信信号中的数字基带信号进行扩频,使其具有良好的自相关性,以满足激光雷达探测的需求。同时,利用QPSK技术实现了较高的传输速率。接着,推导了QPSK-DSSS一体化波形的平均误码率和平均距离模糊函数,以验证该方案的可行性。最后,通过Monte-Carlo仿真分析了相关参数对系统通信性能和雷达性能的影响。结果表明:当扩频因子为511,平均误比特率阈值为3.8×10,大气折射率结构常数为1.13?10 m时,扩频后的一体化波形相比于扩频前信噪比改善了约8d B。当执行60米的距离测量时,激光雷达测距结果与设定值相吻合。(2)针对基于OFDM的一体化波形存在PAPR较高、通信误码性能不佳等问题。本文将相干检测、OFDM技术以及索引调制(Index Modulation,IM)技术相结合,提出了一种基于索引调制的相干光正交频分复用(Coherent Optical OFDM with Index Modulation,CO-OFDM-IM)一体化波形设计方案。该方案通过激活CO-OFDM中一部分子载波,静默其余子载波的方式来降低PAPR。同时,针对CO-OFDM-IM中静默子载波在进行傅里叶变换时带来的旁瓣效应,将压缩感知算法与基于调制符号算法相结合,以改善雷达性能。最后,通过Monte-Carlo仿真与CO-OFDM一体化波形的通信性能和雷达性能进行对比。结果表明:当平均误比特率阈值为3.8×10,大气折射率结构常数为1?10 m时,CO-OFDM-IM在2选1激活方式下的一体化波形相对于CO-OFDM波形信噪比改善了2d B,PAPR降低了0.1d B。同时还保持了与CO-OFDM波形类似的雷达性能。

关键词：激光雷达通信一体化技术一体化波形索引调制技术

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太赫兹通信感知一体化技术综述

中国科学：信息科学 2024年第5期54卷 1215-1235页

作者：陈智刘轲李玲香陈思思陈文荣王珍张波电子科技大学通信抗干扰全国重点实验室成都611731 西安电子科技大学电子工程学院西安710071

太赫兹通信具有频谱资源丰富、传输速率高、保密性强、易实现通信感知一体化等优势,在6G通信和空间通信等方面都具有重要的应用前景.然而,太赫兹频段的器件机理和传播特性迥异于微波频段:一是太赫兹波与现有器件材料的互作用效率较低,... 详细信息

太赫兹通信具有频谱资源丰富、传输速率高、保密性强、易实现通信感知一体化等优势,在6G通信和空间通信等方面都具有重要的应用前景.然而,太赫兹频段的器件机理和传播特性迥异于微波频段:一是太赫兹波与现有器件材料的互作用效率较低,二是通信和感知的波形体制相互矛盾,三是太赫兹波传播的粒子效应突出.这些差异使得太赫兹通信感知一体化面临信号高效调控难、信号处理复杂度高、移动接入和覆盖受限3个难题.针对如何突破这些难题,本文将从系统架构、射频前端、波形产生、信号处理、组网的角度出发,介绍太赫兹通信感知一体化的背景、概念、特征、面临的挑战、需要解决的关键问题、一些研究进展,以及未来研究方向.

关键词：太赫兹通信通信感知一体化一体化架构一体化波形一体化组网

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电磁空间分布式一体化波形设计与信息获取

中国科学基金 2021年第5期35卷 701-707页

作者：刘永军廖桂生李海川陈毓锋姜孟超西安电子科技大学雷达信号处理国家级重点实验室

分布式多功能一体化波形设计与信息获取是电磁环境认知与资源利用的重要途径,是掌握电磁空间主动权的关键,对我国社会经济发展和国防安全具有重要战略意义。目前,国内外在多功能一体化波形设计和信息获取方面已取得一定的进展,但仍存在... 详细信息

分布式多功能一体化波形设计与信息获取是电磁环境认知与资源利用的重要途径,是掌握电磁空间主动权的关键,对我国社会经济发展和国防安全具有重要战略意义。目前,国内外在多功能一体化波形设计和信息获取方面已取得一定的进展,但仍存在电磁资源利用率不高、互干扰抑制能力不足、系统性能受限等问题。为解决这些问题,本文立足于分布式多功能一体化系统,分析现有一体化波形设计和处理的优缺点,探究分布式多功能一体化系统的关键科学问题,探讨其所面临的挑战并给出相关建议。

关键词：电磁空间分布式多功能一体化波形信息获取

基于变速率的高吞吐率LFM-BPSK一体化波形

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计算机应用与软件 2020年第5期37卷 114-117,176页

作者：贺占权李晓青倪远涵航天恒星科技有限公司北京100095 北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

基于线性调频的一体化波形具有优良的雷达性能,但是通信吞吐率较低。变通信速率的策略被设计用于提高一体化波形的通信吞吐率。研究发现调制在一体化波形中部的数据对雷达性能影响较小,因此提出在保持头部和尾部的通信数据速率不变的前... 详细信息

基于线性调频的一体化波形具有优良的雷达性能,但是通信吞吐率较低。变通信速率的策略被设计用于提高一体化波形的通信吞吐率。研究发现调制在一体化波形中部的数据对雷达性能影响较小,因此提出在保持头部和尾部的通信数据速率不变的前提下,提高中部数据的发送速率以增加吞吐率。仿真结果表明:设计的变速率一体化波形与恒速率一体化波形相比,能提高50%的通信吞吐率;和恒速率波形相比,其雷达检测性能和雷达波形模糊函数性能都没有降低。

关键词：雷达通信一体化一体化波形 LFM-BPSK

基于FRFT的雷达／电子战一体化系统干扰抑制方法

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电子测量与仪器学报 2008年第5期22卷 27-32页

作者：张新相齐子忠陈天麒电子科技大学电子工程学院成都610054 空军装备研究院雷达所北京100085

为改善基于噪声-线性频率调制(NLFM)一体化波形的雷达/电子战一体化系统在线性调频(LFM)信号干扰环境下的目标探测能力,提出了采用分数阶Fourier变换(FRFT)抑制LFM信号干扰的方法。分析了NLFM信号和LFM信号在分数阶Fourier域时频聚集性... 详细信息

为改善基于噪声-线性频率调制(NLFM)一体化波形的雷达/电子战一体化系统在线性调频(LFM)信号干扰环境下的目标探测能力,提出了采用分数阶Fourier变换(FRFT)抑制LFM信号干扰的方法。分析了NLFM信号和LFM信号在分数阶Fourier域时频聚集性的差别,研究了干扰滤波器的实现方法,比较了不同干扰抑制滤波器的性能差异。仿真结果表明,自适应加权阈值限幅滤波可有效改善一体化系统接收机的输出信干比,且受线性调频斜率测量误差的影响较小。

关键词：雷达电子战一体化波形分数阶Fourier变换干扰抑制

衰落信道下OCDM系统均衡及其改进形式研究

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衰落信道下OCDM系统均衡及其改进形式研究

作者：宋禹良哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着通信技术的不断发展和革新,未来的通信技术将面临更具挑战的应用场景,满足爆炸式的信息增长需求。5G技术在移动增强带宽、海量连接、高可靠低时延等方面做出巨大的提升,在此背景下,新型的物理层波形设计显得尤为重要。正交频分复用(... 详细信息

随着通信技术的不断发展和革新,未来的通信技术将面临更具挑战的应用场景,满足爆炸式的信息增长需求。5G技术在移动增强带宽、海量连接、高可靠低时延等方面做出巨大的提升,在此背景下,新型的物理层波形设计显得尤为重要。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)是一种具有较强抗多径衰落能力的多载波调制技术。然而,OFDM系统因其高峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR),高带外泄露(Out-of-Band Emission,OOBE),对载波频率偏移和相位噪声敏感等缺点,难以满足其在未来移动通信技术B5G和6G中的发展。正交Chirp复用(Orthogonal Chirp Division Multiplexing,OCDM)技术通过菲涅尔变换,在相同带宽内对多个不同调频率的Chirp波形正交复用,具有较高的频谱效率和通信速率。由于Chirp载波的宽带特性,OCDM对多普勒频移不敏感,可以有效的利用多径分集增益,表现出比OFDM更强的抗衰落能力。首先,本文以OCDM系统为基础,对OCDM系统的基本原理和性能进行分析。通过理论与仿真结果,分析了OCDM系统和OFDM系统之间的异同,为后文中对该系统其他特性挖掘和分析奠定了理论基础。其次,介绍无线传输信道特征,建立本文中所使用的衰落信道数学模型。在频率选择性衰落信道下,对OCDM线性均衡的误码率性能进行理论推导和仿真验证。重点研究了适用于OCDM系统的3种低复杂度均衡算法,通过算法结构图和公式推导过程,对不同算法的实现过程进行了详细的介绍。双选择性衰落信道下,频域最小均方误差(Minimum Mean Square Error,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(Band Damped-LSQR,BD-LSQR)算法,作为求解稀疏矩阵的最小二乘迭代算法。为了缓解快时变信道中的载波间干扰(Inter-carrier Interference,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。对所提算法的复杂度和仿真结果进行分析,比较和OFDM系统的性能优势。最后,为了满足未来多样化移动通信对通信波形的拓展需求,追求一体化的波形方案。本文以改进型OCDM系统为研究目标,结合加权分数阶傅里叶变换(Weighted-type Fractional Fourier Transform,WFRFT)预编码和向量分组技术,提出WFRFT-V-OCDM系统方案,构建系统框架,给出公式推导过程。重点分析了系统的信号特性,给出一种MMSE接收机方案和PAPR特性分析过程。仿真结果表明,双选择性衰落信道下,VOCDM相比于V-OFDM有着更强的抗衰落性能,WFRFT-V-OCDM系统具有灵活可变的误码率特性。本文提出改进型OCDM系统,为一体化的波形拓展提供了一种新思路,可认为是一种极具潜力的多载波系统框架。

关键词：正交Chirp复用菲涅尔变换双选择性衰落信道低复杂度均衡算法一体化波形