一种基于5GNR的感知通信一体化系统技术方案

本发明专利技术是一种基于5G NR的感知通信一体化系统，属于无线通信领域。本系统在节点发射端增加同步序列嵌入模块，对要发射的射频信号嵌入主同步序列和辅同步序列后再输出给数字调制模块；在节点接收端新增主同步序列辅助的测距精度提升算法模块和辅同步序列辅助的测速精度提升算法模块，利用同步广播块中主/辅同步序列的自相关特性，对二维距离

【技术实现步骤摘要】
一种基于5G NR的感知通信一体化系统


[0001]本专利技术涉及无线通信领域和雷达领域两个交叉学科的一体化技术，具体涉及一种基于5GNR(5G New Radio，5G新空口)的感知通信一体化系统。

技术介绍

[0002]随着通信技术的快速发展，无线通信与组网得到了广泛的应用，基于无线通信技术体系的感知通信一体化设计逐渐成为物联网中的一个重要研究方向。作为制约节点个体智能向群体智能发展的瓶颈，以传统雷达信号体制为基础的一体化系统在性能、信号等层面受到制约，已然成为研究人员面临十分棘手的问题。目前第五代移动通信技术(5G)在各个领域的应用越来越广泛，5G NR是后5G时代的主流发展架构。基于5G NR新波形的感知通信一体化信号设计越来越受到业内人士的重视。相对于传统雷达与通信分立设计，感知通信一体化设计能够提升频谱效率、降低智能节点能耗、节约节点使用空间和成本。
[0003]目前已有关于个体节点的感知通信一体化设计技术方案，并验证了通信信号用于个体节点感知的可行性。具体来讲，现有部分方案提出基于固定帧结构的OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)一体化系统，在信号处理流程和算法复杂度上具有优势，其依托的基于快速傅里叶变换对(Inverse/Fast Fourier Transform，IFFT/FFT)的二维距离
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多普勒雷达处理算法使得多载波正交频分复用数据独立于IFFT/FFT操作过程，几乎不会对目标信息的获取造成影响。此外，多载波OFDM具有较高的动态范围，可以支持目标节点的连续跟踪与测量。但是，随着物联网内节点对感知性能要求的提升，上述基于固定帧结构的OFDM一体化系统的传统方法存在的一些问题也逐渐显现，主要体现在：(1)基于固定帧结构的OFDM一体化系统虽然能够实现感知和通信的双重功能，但存在灵活性差、易受干扰等缺陷；(2)基于固定帧结构的OFDM一体化系统所使用的二维距离—多普勒雷达处理算法以符号
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子载波资源块为最小处理单元，系统的测距精度受限于子载波数量，测速精度受限于符号数量。因此，一体化系统的探测精度将被限制在经IFFT/FFT变换后的前后两个矩阵元素的长度内，存在测速和测距的阶梯状误差，该误差无法通过其他手段进行消除，造成该系统无法适用于大规模节点互联，这也将削弱节点对目标的测距能力和测速能力，导致获取的目标运动信息存在误差。另外，基于固定帧结构的OFDM一体化系统的子载波数量、OFDM符号数量均为固定值，不可更改与调整，从而也制约了其在感知通信一体化技术中的应用与推广。
[0004]基于5G新空口的感知通信一体化设计对实现多节点互联互通有着极其重要的意义。例如在某些复杂环境中，个体节点的回波信号极易受到周边环境中无线环境的干扰，从而导致自身感知能力急剧下降，危及自身安全。如何有效提升群体感知性能，进而保证个体节点正常的感知水平成为一项亟需解决的问题。另外，以往基于雷达体制的一体化系统大多针对单节点开发，携带通信数据量很少，信号结构固定，所以很少考虑也无法应对多节点之间快速灵活的信息交互需求。

技术实现思路

[0005]为了适应当前物联网节点间互联互通的发展需要，解决当前节点间感知通信一体化信号的性能瓶颈、改善感知精度等问题，解决现有基于固定帧结构的OFDM一体化系统体制受限、算法受限而导致感知性能下降的问题，本专利技术提出一种基于5G NR的感知通信一体化系统，从而实现感知性能的有效提升，促进节点间的信息共享水平。
[0006]本专利技术提供的一种基于5G NR的感知通信一体化系统，包括：
[0007]在发射端设置同步序列嵌入模块，对要发射的射频信号嵌入主同步序列和辅同步序列后输出给数字调制模块；所述同步序列嵌入模块将同一主同步序列嵌入到一个子帧的第2个和第8个CP
‑
OFDM符号中，将同一辅同步序列嵌入到一个子帧的第4个和第10个CP
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OFDM符号中；CP
‑
OFDM代表可变循环前缀的正交频分复用；
[0008]在接收端设置主同步序列辅助的测距精度提升算法模块和辅同步序列辅助的测速精度提升算法模块；接收端的并串转换模块输出的接收序列分别输入二维距离
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多普勒雷达处理算法模块、主同步序列辅助的测距精度提升算法模块、以及辅同步序列辅助的测速精度提升算法模块；其中，主同步序列辅助的测距精度提升算法模块对由二维距离
‑
多普勒雷达处理算法模块输出的目标节点距离Range
OFDM
进行补偿，辅同步序列辅助的测速精度提升算法模块对由二维距离
‑
多普勒雷达处理算法模块输出的目标节点速度V
OFDM
进行补偿。
[0009]所述主同步序列辅助的测距精度提升算法模块，对接收序列中相邻的N个子帧分别执行：将接收序列中子帧与对应的本地序列中的子帧做自相关，计算出对应的目标节点距离；N≥2；再计算得到的N个目标节点距离Range
u
与Range
OFDM
差的均值，获得测距误差补偿量ΔRange；最后对Range
OFDM
进行补偿；u＝1,2,
…
N。
[0010]所述辅同步序列辅助的测速精度提升算法模块，对接收序列中相邻的M个子帧分别执行：将子帧中第4个与第10个CP
‑
OFDM符号进行相关运算，得到相关结果，由相关结果获取目标节点的多普勒频移Doppler
v
,v＝1,2,
…
M；M≥2；根据二维距离
‑
多普勒雷达处理算法模块输出的目标节点速度V
OFDM
计算出的多普勒频移Doppler
OFDM
，再计算M个多普勒频移Doppler
v
与Doppler
OFDM
差的均值，得到多普勒频移误差补偿量ΔDoppler，并对Doppler
OFDM
进行补偿，根据补偿后的多普勒频移计算获得补偿后的目标节点速度。
[0011]本专利技术系统，发射端还根据测量所需的距离和速度精度的要求设置子载波间隔。本专利技术预先计算出不同子载波间隔所对应的最大测距、距离分辨率、速度分辨率和传输速率，然后根据要求来查找所需设置的子载波间隔。
[0012]本专利技术设计的系统与现有技术相比，其优点与积极效果在于：
[0013](1)本专利技术能够有效提升了现有基于固定帧结构的OFDM一体化系统的感知精度，与当前存在的二维距离
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多普勒雷达处理算法在本质上有所区别，体现在：当前存在的二维距离
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多普勒雷达处理算法是以符号
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子载波资源块为最小操作单元，因此会产生阶梯状测量误差；本专利技术基于5G NR同步广播块的主同步序列辅助的测距精度提升算法模块和辅同步序列辅助的测速精度提升算法模块，是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于5G NR的感知通信一体化系统，其特征在于，所述系统在每个节点的发射端和输出端中新增如下模块，包括：在发射端设置同步序列嵌入模块，对要发射的射频信号嵌入主同步序列和辅同步序列后输出给数字调制模块；所述同步序列嵌入模块将同一主同步序列嵌入到一个子帧的第2个和第8个CP
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OFDM符号中，将同一辅同步序列嵌入到一个子帧的第4个和第10个CP
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OFDM符号中；CP
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OFDM代表可变循环前缀的正交频分复用；在接收端设置主同步序列辅助的测距精度提升算法模块和辅同步序列辅助的测速精度提升算法模块；接收端的并串转换模块输出的接收序列分别输入二维距离
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多普勒雷达处理算法模块、主同步序列辅助的测距精度提升算法模块、以及辅同步序列辅助的测速精度提升算法模块；其中，主同步序列辅助的测距精度提升算法模块对由二维距离
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多普勒雷达处理算法模块输出的目标节点距离Range
OFDM
进行补偿，辅同步序列辅助的测速精度提升算法模块对由二维距离
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多普勒雷达处理算法模块输出的目标节点速度V
OFDM
进行补偿；所述主同步序列辅助的测距精度提升算法模块，对接收序列中相邻的N个子帧分别执行：将接收序列中子帧与对应的本地序列中的子帧做自相关，计算出对应的目标节点距离；N≥2；再计算得到的N个目标节点距离Range
u
与Range
OFDM
差的均值，获得测距误差补偿量ΔRange；最后对Range
OFDM
；u＝1,2,
…
N；所述辅同步序列辅助的测速精度提升算法模块，对接收序列中相邻的M个子帧分别执行：将子帧中第4个与第10个CP
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OFDM符号进行相关运算，得到相关结果，由相关结果获取目标节点的多普勒频移Doppler
v
,v＝1,2,
…
M；M≥2；根据二维距离
‑
多普勒雷达处理算法模块输出的目标节点速度V
OFDM
计算出的多普勒频移Doppler
OFDM
，再计算M个多普勒频移Doppler
v
与Doppler
OFDM
差的均值，得到多普勒频移误差补偿量ΔDoppler，并对Doppler
OFDM
进行补偿，根据补偿后的多普勒频移计算获得补偿后的目标节点速度。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的主同步序列由周期为127位的m序列组成，辅同步序列由2条周期为127位的m序列优先对生成的Gold序列组成。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的发射端根据测量所需的距离和速度精度要求设置子载波间隔；不同子载波间隔所对应的最大测距、距离分辨率、速度分辨率和传输速率分别如下，其中传输速率是调制方式采用256QAM时的传输速率，QAM代表正交振幅调制；(1)子载波间隔为15kHz时，最大测距为700m，距离分辨率为7.5m，速度分辨率为2.54m/s，传输速率为149M bit/s；(2)子载波间隔为30kHz时，最大测距为350m，距离分辨率为3.75m，速度分辨率为2.54...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯志勇，方子希，尉志青，张奇勋，马昊，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：