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雷达通信一体化（含WCSP2023会议论文集学习）

news 2025/9/15 12:25:42

雷达通信一体化，又称雷达通信融合（RADCOM），是一种新兴的技术，它将雷达（通常用于探测和跟踪目标）和无线通信（用于传输信息）的功能结合在一起。这种融合技术的主要目标是提高频谱的使用效率、减少系统的重量和成本，同时提升系统的性能和生存能力。

在传统的设计中，雷达系统和通信系统作为单独的实体运行，占用不同的频段和资源。而雷达通信一体化则寻求在相同或相似的频段上进行两种功能的操作，利用共享的硬件资源和信号处理模块。

雷达通信一体化的关键优势包括：

频谱效率：由于可用的电磁频谱资源十分有限，一体化使得雷达和通信服务可以共享相同的频谱资源，提高频谱使用效率。
硬件整合：雷达和通信设备可共用天线、信号处理器和其他硬件组件，减少整体系统的成本和复杂性。
协作性能增强：雷达和通信的一体化可以使得两个系统在探测/跟踪目标时与数据传输间协同工作，提高整个系统的响应能力和准确性。
隐蔽性和稳健性：在军事应用中，雷达和通信一体化能够通过更复杂的信号设计来减少被探测的风险，提高了通信和监测的隐蔽性。
复杂环境适应性：可以根据环境改变功率分配和波形设计，优化雷达观测和通信质量。

实现雷达通信一体化的技术挑战包括：

波形设计：需要设计能够同时满足雷达探测和通信需求的复杂波形。
同步与定时问题：雷达通信一体化系统中的同步和时序控制要更加精确。
资源管理：动态分配处理能力和频谱资源以优化探测和通信性能。
干扰管理：避免雷达和通信功能相互干扰。
安全性：保障通信内容不被非法截取或破坏。

为了满足这些挑战，通常需要进行较为复杂的系统级设计和算法开发。雷达通信一体化具有巨大的发展潜力，已逐渐成为军事和民用应用领域的研究热点。

2023WCSP论文集学习：

1.Integrated Sensing and Communication Transmit Beamforming Design for Double-Function Receivers（双功能接收器的集成传感和通信发射波束成形设计）

摘要：

本文重点研究考虑多个被动窃听目标的下行链路集成传感与通信（ISAC）系统的波束成形设计。在所考虑的模型中，我们使用传感信号作为人工噪声来隐藏机密信息以实现安全传输。为了实现高效的信号处理，针对传统接收器和 ISAC 专用接收器提出了波束成形方案。我们的目标是最小化所有窃听者对于无法执行噪声消除的传统接收器的总体传输速率。为了解决这个问题，提出了一种基于逐次凸逼近的迭代算法。对于可以消除干扰的ISAC专用接收机，我们提出了一种低复杂度的迭代算法。仿真结果验证了所提算法的优越性。

2.Space-Frequency Modulation based Waveform Design for Radar-Communication Integrated System（基于空频调制的雷达通信一体化系统波形设计）

摘要：空频调制（SFM）技术能够将一维通信数据映射到空间和频率维度，使其适合集成雷达和通信波形的协同设计。在本文中，我们提出了一种基于SFM的集成波形，与现有设计相比，它显着提高了通信速率和峰值旁瓣比性能。为了恢复所提出的波形中的嵌入通信数据，我们引入了最大似然（ML）解调方案以及低复杂度次优解调方案。最后，我们对所提出的波形和解调方案的性能进行了数值评估，并与最先进的算法进行了比较。仿真结果表明，当选定频率为24个、子脉冲个数为5个时，通信速率可提高30%。

3.Target Parameter Estimation with Deep Unfolding Networks for MIMO-OFDM Based Integrated Sensing and Communication Systems（基于 MIMO-OFDM 的集成传感和通信系统的深度展开网络目标参数估计）

摘要：多输入多输出正交频分复用（MIMO-OFDM）技术在集成传感与通信（ISAC）系统中显示出巨大的潜力。针对基于MIMO-OFDM的ISAC系统中传统目标参数估计方法计算复杂度高和估计精度低带来的挑战，本文提出了一种基于压缩感知的目标参数估计方法。我们首先推导 MIMO-OFDM 系统内的信道模型，然后将目标参数估计问题重新表述为最小绝对收缩和选择算子 (LASSO) 问题。此外，我们提出了一种模型驱动网络，称为 FISTA-Net，它将快速迭代收缩阈值算法（FISTA）深入展开为深度神经网络来解决 LASSO 问题。实验结果表明，针对基于MIMO-OFDM的目标参数估计，所提出的FISTA-Net算法在估计精度和计算效率方面优于现有方法。

4.Clutter-Aware MIMO-OFDM Based Target Detection: Algorithm Design and Experimental Test(基于杂波感知 MIMO-OFDM 的目标检测：算法设计和实验测试)

摘要：由完善的通信系统辅助的无线传感是集成传感与通信（ISAC）领域的一个重要研究方向。在这项工作中，我们研究了基于常用的多输入多输出正交频分复用（MIMO-OFDM）通信框架的杂波感知目标检测。具体来说，在杂波协方差矩阵未知的前提下，我们分别针对噪声方差未知和已知的场景开发了两种基于广义似然比测试（GLRT）的检测方法。我们采用实用的第五代（5G）新无线电（NR）帧进行仿真和实验，结果表明，与传统能量检测器相比，所提出的方法具有显着的性能提升。此外，当噪声方差已知时，所提出的检测器表现出接近最佳的性能。

5.Waveform Design for Integrated Sensing and Communication Using Random Stepped-carrier OFDM Signals(使用随机步进载波 OFDM 信号进行集成传感和通信的波形设计)

摘要：本文设计了一种用于综合传感与通信（ISAC）的随机步进载波正交频分复用（RSC-OFDM）波形，其中信息不仅通过 M 进制信号星座来传递，还通过步骤索引。此外，提出了一种雷达处理方案来实现高分辨率距离速度图像，其中通过速度估计来补偿由步骤引起的相位误差。该方案在 60 GHz 下进行了仿真验证。仿真结果表明，所提出的方案通过提高距离分辨率而优于传统方法，同时保持几乎恒定的计算量。

6.Design and Implementation of Integrated Sensing and Communication Waveform Based on LFM-CPM(基于LFM-CPM的综合传感与通信波形的设计与实现)

摘要：传感与通信一体化波形是将传感波形与通信波形在时域和频域上进行重叠，在接收端分别进行雷达信号处理和通信信号处理。线性调频（LFM）信号与连续相位调制（CPM）信号叠加得到的积分波形具有恒包络的特性，可以有效避免功放非线性带来的信号失真，因此具有更好的稳定性。传感性能和通信性能。本文提出了一种新的多段帧结构设计来解决LFMCPM波形的频谱扩展问题，并综合考虑同步捕获、频偏和相位偏移的估计和恢复。此外，我们提出了一种基于FPGA的集成波形的高效实现，可以减少资源消耗并提高量化精度。最后，我们在硬件平台上完成了设计的集成系统，实验结果表明传感和通信性能优异。