[发明专利]一种基于5G NR的感知通信一体化系统

说明书

本发明是一种基于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‑多普勒雷达处理算法模块输出的目标节点距离和速度进行补偿，获取更加准确的目标节点距离和速度。本发明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，提高了识别目标节点运动信息的准确性，并通过对子载波灵活调配最大化感知能力，提升节点自身的环境适应能力。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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(OrthogonalFrequency 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–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-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。

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。

发明内容

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，本发明提出一种基于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。

本发明提供的一种基于5G NR的感知通信一体化系统，包括：