基于OFDM导频信号的雷达感知技术研究精要.doc

基于OFDM导频信号的雷达感知技术研究 ——综述报告 1.引言 在目前技术的发展中，雷达和无线通信技术里的射频前端架构已经变得越来越相似。尤其是传统上由硬件组件来实现的功能，正越来越多的被数字信号处理实现。同时，用于通信系统中的载波频率已扩展到的微波程度，与那些传统上用于雷达应用的载波频率达到同一量级。因此，通过今天的技术很容易实现融合通信和雷达应用的射频硬件平台，这样一种平台也为新的系统概念和应用提供了独特的可能性[1]。 雷达与通信一体化系统能在一个唯一的硬件平台上用一种波形提供雷达和通信功能。更重要的是，两种功能使用同一个波形将更有效的利用所占用的频谱，而且这两个应用的同时运行将保证他们的持久可用性，并能在一定程度上克服有限的频谱资源[1]。 可能受益于自身的可用性，雷达与通信一体化系统将有一个大的应用领域，特别是在智能交通应用方面，智能交通要求在与其他车辆通信时也能获得有效的环境感知。在一个合适的系统平台上，道路上的所有车辆都可以通过协作雷达传感网络进行交互，为车辆提供独特的安全功能和智能交通路径[1]。 伴随着智能交通系统的出现，车联网应运而生，车联网是指车与车、车与路、车与基础设施等交互，实现车辆与公众网络通信的动态移动通信系统。它可以通过车与车、车与人、车与路互联互通实现信息共享，收集车辆、道路和环境的信息，并在信息网络平台上对多源采集的信息进行加工、计算、共享和安全发布，根据不同的功能需求对车辆进行有效的引导与监管，提供自适应导航服务，以及提供专业的多媒体与移动互联网应用服务，以保证车辆行驶的安全性。 2.雷达、通信信号融合 基于车联网要求（实现雷达通信一体化），即车联网传输的波形信号兼有雷达和通信功能，经典雷达波形设计旨在找到具有最佳适应性的波形，用于保证在接收端进行应用自相关处理时有大的动态测量范围。为我们所熟知的线性调频（LFM）脉冲满足该要求，也被称为“chirp”信号。并在雷达/通信融合应用上取得了很大进展，2007年，George N.Saddik等人利用LFM信号所设计的超宽带系统能够分时地进行雷达或者通信，该系统中心频率750MHz，带宽为500MHz。雷达探测精度达到了63cm，检测概率99%，同时虚警概率只有7%；同时误码率为0.002时，数据传输率到达了1Mb/s[2]。在文献[17]中提出了一个更加先进的方法，即使用LFM脉冲进行隐秘通信。但是，这两种方法都存在同样的缺点，即通信符号率只与线性调频率相关，在相同的带宽上，数量级通常低 图1.IEEE 802.11p PPDU(物理层协议数据单元)帧结构 图1为IEEE 802.11p物理层协议数据单元结构，其中t1-t10为短训练序列，T1，T2为长训练序列，分别用于时间同步，频率同步和信道估计，SIGNAL中是速度和长度信息，DATA中存放的是数据信息，GI为循环前缀。在车载网IEEE 802.11p标准中，有64个副载波，每个带宽为20MHZ的信道由64个副载波中的52个副载波组成。其中4个副载波充当导频，用以监控频率偏置和相位偏置，其余48个副载波用来传递数据。下表为802.11p主要参数[29][30]： 子载波间隔时间Δf 0.15625MHZ 循环前缀时间TGI 1.6μs OFDM符号时间TOFDM 8μs 帧长Nsym 64 载波频率fc 5.9GHZ 子载波数Nc 64 训练序列长度 32μs 信道带宽 10MHZ OFDM系统应用于雷达通信一体化系统中时，由于接收端的相干解调需要信道估计，因此信道估计是OFDM系统的关键技术之一，信道估计的方法主要分为三类：基于导频的估计、盲估计、半盲估计[8]。考虑到算法的复杂度，实际的OFDM系统中通常采用的信道估计方法都是基于导频的确知性估计算法，即在发射数据流中插入导频信号，接收端提取导频从而得到导频上的信道响应，再利用插值的方法估计其它数据载波位置上的信道响应[3]。 由文献知：导频信号的周期、位置、个数、信号形式等对整个系统性能有极大的影响，而导频信号一般是用来进行信道估计的，因此利用导频信号进行雷达感知是一个潜在的研究点。 5.总结 在OFDM信号应用于雷达感知方面，学者们进行了深入地研究和大量实验和原型系统验证。但仍然存在一些问题，首先，在普通的雷达电子设备中，例如车联网中的车辆，雷达的应用可以避免车辆之间的碰撞，因此强调雷达信号处理的实时性和高效性，但学者们提出的解决方案都需要极大的数值计算量，如何降低数据运算量以适应于车联网中的实时性是需要解决的问题；其次，OFDM信号中的导频信号在调制域已知，可否利用导频信号进行雷达感知是一个潜在研究点；另外，在