采用无循环前缀OFDM的一体化信号设计及处理方法技术

本发明专利技术公开了一种采用无循环前缀OFDM的一体化信号设计及处理方法，在信号设计时，构造无CP的OFDM信号的基础上生成无CP的OFDM雷达通信一体化信号。在接收端对信号处理时，分别对携带通信信息和雷达信息的回波信号进行处理。本发明专利技术采用空白保护间隔构造无循环前缀的OFDM雷达通信一体化信号，同时对回波信号进行处理时采用了频率补偿及信道均衡。解决了传统技术中CP占用通信系统资源，以及OFDM信号对多普勒频偏具有敏感性的问题。提高了信号探测目标的准确性和分辨率，并降低了误码率。并降低了误码率。并降低了误码率。

【技术实现步骤摘要】
采用无循环前缀OFDM的一体化信号设计及处理方法


[0001]本专利技术属于通信
，更进一步涉及雷达通信
中的一种采用无循环前缀正交频分复用OFDM(Orthogonal
‑
Frequency Division Multiplexing)的雷达通信一体化信号设计及处理方法。本专利技术可用于低速多径场景下的雷达通信一体化系统，雷达发送所设计的雷达通信一体化信号后既可以传输通信信息，也可以根据回波获取雷达信息。

技术介绍

[0002]为了使雷达通信一体化系统能高效地工作，需要设计一种使频谱资源得到充分利用的一体化融合信号，以此实现同时雷达和通信功能。典型的一体化融合信号的生成方法是利用通信信号来实现雷达功能，常用的是OFDM信号。OFDM是一种多载波并行传输技术，带宽较大，与传统的雷达信号相比，在对抗频率选择性衰落和窄带干扰、频率捷变及多普勒容限等多个方面有着十分明显的优势，并易于与多输入多输出MIMO(Multiple
‑
In Multiple
‑
Out)雷达进行结合，是一种有效的雷达信号。
[0003]电子科技大学在其申请的专利文献“一种基于正交频分复用的雷达通信一体化信号设计方法”(申请号201910025384.5，申请公布号CN 108512797 A)中公开了一种OFDM载波联合优化的通信雷达一体化信号的设计方法。该方法是在传统的OFDM信号基础上，发送端首先将待发送的比特流调制为数据符号，然后利用数据符号与和随机相位序列根据数据带宽比进行局部保留波形设计，得到RadCom频域信号，然后通过IFFT映射到时域，在添加循环前缀之后通过射频前端发射到信道中。在接收端，接收信号在去循环前缀后通过FFT映射到频域，对其进行均衡以弥补信道失真，然后将均衡后的信号根据数据带宽比提取符号，最后通过符号解调得到比特信息。同时，发射端与接收端的频域信号将被用于雷达处理。该专利技术引入部分保留循环算法，能够在保持通信系统自身优势的前提下，灵活的分配带宽，并有效的降低峰值平均功率比，提高频谱利用率。但是，该方法仍然存在的不足之处是，由于在发射信号中保留循环前缀，不仅通信系统的资源被循环前缀占用，而且在面对复杂环境中时延较大的场景下，循环前缀的长度往往不足够用来抵消多径的影响，从而导致子载波不再正交，接收端难以对通信信号进行准确的解调，造成较高的误码率。
[0004]西安电子科技大学在其申请的专利文献“OFDM雷达通信一体化固定平台系统的信号处理方法”(申请号201811218839.7，申请公布号CN 109085574 B)中公开了一种OFDM雷达通信一体化固定平台系统的信号处理方法。该方法首先设置回波信号条件，然后将回波信号进行下变频处理和采样处理，得到处理后的基带信号，并移除该信号的循环前缀，对移除循环前缀后的信号进行傅里叶变换，对傅里叶变换后的信号进行解码和判决，得到通信信息，最终利用参考信号对移除循环前缀后的信号进行脉冲压缩处理。但是，该方法仍然存在的不足之处是，由于OFDM信号对多普勒频移较为敏感，含循环前缀的OFDM信号利用循环前缀抵抗多径效应，在面对目标较多且分散的复杂场景时，雷达和通信能力受限，并且循环前缀的引入不仅会降低通信速率，同时会在雷达的模糊函数中引入对称的伪峰，导致雷达距离和速度分辨率降低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种复杂场景下采用无循环前缀OFDM的雷达通信一体化信号设计及处理方法，用于解决通信系统的资源被循环前缀占用，子载波不正交，接收端难以对通信信号进行准确的解调造成高的误码率的问题，以及引入循环前缀降低通信速率的同时雷达的模糊函数中引入对称的伪峰的问题。
[0006]实现本专利技术目的的具体思路是，本专利技术利用空白保护间隔代替循环前缀构造无循环前缀的OFDM信号，完成雷达探测与通信的功能，规避了现有技术循环前缀在OFDM通信系统中占用资源的问题。本专利技术在信号的传输过程中，周期性的发射已知的OFDM训练符号作为导频来进行信道估计，这种导频估计方式由于所有子载波都存在已知信号，因此能够很好的适用于频率选择性信道，改善峰值旁瓣比(PSLR)、积分旁瓣比(ISLR)和通信误码率(BER)等指标，解决了传统CP
‑
OFDM信号通信误码率较高的问题。本专利技术在通信信号接收端选择合适的接收窗口长度并执行合理的采样，可以对抗多径效应且能解决在复杂场景下多径时延导致循环前缀的长度持续增大的问题。本专利技术在雷达信号接收端对多散射点回波信号进行降采样处理，根据已知目标信息的速度，对具有多普勒敏感性的OFDM回波信号进行频偏校正，可以在实现雷达性能和通信性能的同时保证频谱效率，解决雷达模糊函数中存在伪峰的问题，提高了雷达分辨率。
[0007]本专利技术采用无循环前缀OFDM的一体化信号设计方法的具体步骤包括如下：
[0008]步骤1，构造无循环前缀的OFDM信号：
[0009]步骤1.1，按照下式，计算每条发送路径中每个OFDM发射脉冲的基带信号在每个采样时刻的幅值：
[0010][0011]其中，s
pL
(t)表示第p条发射路径中第L个OFDM发射脉冲的基带信号在第t个采样时刻的幅值，p＝0,1,
…
,m
‑
1，m表示路径总数，L＝0,1,
…
,N
L
‑
1，每个OFDM发射脉冲由N个子载波相加得到，N表示根据所要传输的数据量决定的一个OFDM发射脉冲的子载波的总数，k表示子载波的序号，N
L
表示第L个OFDM子载波的脉冲总数，S
L
[k]表示第L个OFDM脉冲在第k个子载波上携带的数据，exp(
·
)表示以自然常数e为底的指数操作，j表示虚数单位，π表示圆周率，f
k
表示第k个子载波的中心频率，T
r
表示OFDM发射脉冲重复周期，rect[
·
]表示矩形窗函数，当采用空白保护间隔时，T表示一个OFDM符号周期，当0≤t≤T时，其他情况下，该值为0；
[0012]步骤1.2，按照下式，计算在积分窗长T
L
上所有传输路径接收信号叠加后的OFDM发射脉冲的基带信号在每个采样时刻的幅值：
[0013][0014]其中，y
L
(t)表示所有路径叠在积分窗长T
L
上叠加后的第L个OFDM发射脉冲的基带信号在第t个采样时刻的幅值，τ
p
表示第p条路径的时间延迟，rect[
·
]表示矩形窗函数，T
L
表示T的任意整数倍，当0≤t≤T
L
时，其他情况下，该值为0，τ0表示直射路径接收信号的时间延迟；
[0015]步骤2，生成无循环前缀的OFDM雷达通信一体化信号：
[0016]步骤2.1，用通信发送和接收双方共同确认的训练脉冲参数，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用无循环前缀OFDM的一体化信号设计方法，其特征在于，在构造无循环前缀的OFDM信号的基础上生成OFDM雷达通信一体化信号；该设计方法的步骤包括如下：步骤1，构造无循环前缀的OFDM信号：步骤1.1，按照下式，计算每条发送路径中每个OFDM发射脉冲的基带信号在每个采样时刻的幅值：其中，s
pL
(t)表示第p条发射路径中第L个OFDM发射脉冲的基带信号在第t个采样时刻的幅值，p＝0,1,
…
,m
‑
1，m表示路径总数，L＝0,1,
…
,N
L
‑
1，每个OFDM发射脉冲由N个子载波相加得到，N表示根据所要传输的数据量决定的一个OFDM发射脉冲的子载波的总数，k表示子载波的序号，N
L
表示第L个OFDM子载波的脉冲总数，S
L
[k]表示第L个OFDM脉冲在第k个子载波上携带的数据，exp(
·
)表示以自然常数e为底的指数操作，j表示虚数单位，π表示圆周率，f
k
表示第k个子载波的中心频率，T
r
表示OFDM发射脉冲重复周期，rect[
·
]表示矩形窗函数，当采用空白保护间隔时，T表示一个OFDM符号周期，当0≤t≤T时，其他情况下，该值为0；步骤1.2，按照下式，计算在积分窗长T
L
上所有传输路径接收信号叠加后的OFDM发射脉冲的基带信号在每个采样时刻的幅值：其中，y
L
(t)表示所有路径叠在积分窗长T
L
上叠加后的第L个OFDM发射脉冲的基带信号在第t个采样时刻的幅值，τ
p
表示第p条路径的时间延迟，rect[
·
]表示矩形窗函数，T
L
表示T的任意整数倍，当0≤t≤T
L
时，其他情况下，该值为0，τ0表示直射路径接收信号的时间延迟；步骤2，生成无循环前缀的OFDM雷达通信一体化信号：步骤2.1，用通信发送和接收双方共同确认的训练脉冲参数，调制无循环前缀的OFDM发射脉冲信号，得到携带训练脉冲的一体化信号，用待传输的通信信息调制无循环前缀的OFDM发射脉冲信号，得到携带数据脉冲的一体化信号；步骤2.2，按照下式，分别计算每个脉冲重复周期中，携带训练脉冲或携带数据脉冲的无循环前缀的OFDM雷达通信一体化信号在每个采样时刻的幅值：无循环前缀的OFDM雷达通信一体化信号在每个采样时刻的幅值：其中，s(t,η
2n
)表示在第η
2n
个脉冲重复周期中，携带训练脉冲的无循环前缀OFDM雷达通
信一体化信号在第t个采样时刻的幅值，s(t,η
2n
‑1)表示在第η
2n
‑1个脉冲重复周期中，携带数据脉冲的无循环前缀OFDM雷达通信一体化信号在第t个采样时刻的幅值，S
L
[k1]表示所有训练脉冲携带的符号数据；S
L
[k2]表示所有数据脉冲携带的符号数据，Δf表示无循环前缀的OFDM雷达通信一体化信号的子载波间隔，Δf＝1/T。2.根据权利要求1所述生成一体化信号的一种采用无循环前缀OFDM的一体化信号处理方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘高高，李鹏，王友明，杨文博，孔磊，周峰，蔡晶晶，王钊，鲍丹，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：