高时频域资源利用率的DMT信号毫米波通信感知系统及方法与流程

本发明涉及高时频域资源利用率的dmt信号的毫米波通信感知传输技术，特别涉及一种高时频域资源利用率的dmt信号的毫米波通信感知系统及方法。

背景技术：

1、进入5g时代，随着通信技术的突飞猛进，超高速、超连接以及超低时延的通信应用已经越来越广泛。如今，人们愈发关注通信与感知功能的结合问题。回顾过去的通信方式，通信与感知功能往往是分离的，这导致发送端无法实时获取感知功能提供的反馈信息，进而影响了通信的效率。因此，若能将通信与感知功能在一个设备上实现有效集成，将极大提升系统的通信质量。展望未来，随着6g技术的逐步应用，这种集成方式在无人驾驶、远程控制等领域将展现出巨大的发展潜力。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的在于提供一种高时频域资源利用率的dmt信号的毫米波通信与感知集成系统及方法，实现感知与通信设备硬件资源共享的同时，实现高速率以及高可靠性的通信。通信和高精度测距。与传统通信传感功能设备的分离相比，成本可以显著降低。

2、技术方案：

3、第一方面、一种高时频域资源利用率的dmt信号的毫米波通信感知系统，包括：发送端、接收端和信号处理算法；

4、发送端主要包含输入模块、光调制器、激光源、光电探测器、数模转换器；激光源由激光发生器产生光源；输入模块由任意波形发生器组成用于产生通信感知一体化信号；光调制器通过输入模块产生的信息调制到光载波上；光电探测器用于产生毫米波信号；

5、接收端主要包含天线、解调器与输出模块；天线用于接收毫米波信号并输出至解调器分别进行通信端和感知端解调；输出模块用于提取解调器解调出的信息。

6、在进一步的实施例中，所述发送端包括两个外腔激光发生器，两个外腔激光发生器产生具有一定频率差的两个连续波光信号，经过耦合后同时作为光载波；使用matlab软件在数字域产生dmt通信感知一体信号，并由任意波形发生器和dac模块对数字信号进行数模转换；经过数模转换后的模拟信号分为两路，一路作为通信感知信号，通过电放大器放大后驱动光强度调制器，将dmt信号同时调制在两个光载波上；另一路作为感知参考信号，直接发送到示波器中；经过调制后的两个光信号经过光电探测器完成拍频产生毫米波频段的dmt信号。

7、在进一步的实施例中，所述接收端为感知接收端，通过包络检波器将被探测目标反射的回波下变频至基带，并由示波器采集；所述接收端使用数字信号处理算法，结合参考信号和回波信号，通过计算信号相位变化，以此计算出被探测目标的距离信息和速度信息。

8、在进一步的实施例中，所述信号处理算法如下所示：

9、通过bit信号产生，串行信号转并行信号，qam调制，共轭转置，逆傅里叶变换，添加循环前缀cp，并行信号转串行信号，添加训练序列完成dmt一体化信号产生，信号通过信道后，通过信号同步，重采样，移除训练序列和cp，串行信号转并行信号，傅里叶变换完成信号的初步处理，通信算法和感知算法均需要实现上述算法；

10、对于感知算法，通过回波信号频域数据与参考信号频域数据点除，速度维傅里叶变换，距离维逆傅里叶变换变换，距离、速度信息提取完成感知功能，对于通信算法，通过信道均衡，符号间频域平均，计算信号误码率完成通信功能。

11、在进一步的实施例中，采用同时用于通信和感知的dmt信号，使得信号同时实现频分和时分复用，能够产生宽带dmt信号，提高系统的时频域资源利用率。

12、在进一步的实施例中，使用光外差法，两路具有一定频率差的光信号耦合成一路光信号，通过mzm调制后，辅助pd拍频产生高频毫米波信号。

13、在进一步的实施例中，多载波dmt信号同时作为通信信号和感知信号。

14、第二方面、一种高时频域资源利用率的dmt信号的毫米波通信感知方法，采用上述所述毫米波通信感知系统实现，包括以下步骤：

15、在发送端，具有一定频率差的外腔激光发生器ecl1和外腔激光发生器ecl2输出的光载波经过耦合后同时作为光载波，输入模块awg产生dmt信号并通过数模转换器dac模块1和数模转换器dac模块2转变为模拟信号，其中数模转换器dac模块1发送的dmt信号作为参考信号直接输入发射端示波器中，数模转换器dac模块2发送的dmt信号通过电放大器放大后，通过光调制器mzm调制在耦合后的光载波上；

16、调制后的耦合光载波，通过可调光衰减器用于调节进入pd前的功率。随后上述信号进入光电探测器pd完成拍频；

17、pd拍频完成光电转换得到毫米波波段的dmt信号，至此已完成通信感知信号的生成；

18、上述信号发射天线汇聚，送入无线信道；

19、在通信接收端，经过50米的无线传输后对通信信号解调，解调方式与调制方式一致；

20、在发送端的感知部分，通过天线接收反射回来的测距信号；

21、利用低噪声放大器放大反射信号并通过包络检波器下变频变为基带信号；

22、利用直接采集得到的参考信号和接收得到的回波信号，通过数字信号处理算法，提取出回波信号的距离信息和速度信息；

23、至此，该系统已完成感知测距与通信功能。

24、有益效果：本发明实施方式相对于现有技术而言，是利用光学外差拍频产生高时频域资源利用率的dmt毫米波信号，实现感知与通信设备硬件资源一体化。相较于频分复用和时分复用的lfm-ofdm毫米波通信感知系统及方法，本方案通过数字信号处理算法计算目标的距离速度信息，提高了系统的时频域资源利用率，避免了结构复杂的光域去啁啾设备，同时也满足了高频通信功能和雷达功能的融合趋势。

技术特征：

1.一种高时频域资源利用率的dmt信号的毫米波通信感知系统，其特征在于，包括：发送端、接收端和信号处理算法；

2.根据权利要求1所述的一种高时频域资源利用率的dmt信号的毫米波通信感知系统，其特征在于，所述发送端包括两个外腔激光发生器，两个外腔激光发生器产生具有一定频率差的两个连续波光信号，经过耦合后同时作为光载波；使用matlab软件在数字域产生dmt通信感知一体信号，并由任意波形发生器和数模转换器dac模块对数字信号进行数模转换；经过数模转换后的模拟信号分为两路，一路作为通信感知信号，通过电放大器放大后驱动光强度调制器，将dmt信号同时调制在两个光载波上；另一路作为感知参考信号，直接发送到示波器中；经过调制后的两个光信号经过光电探测器完成拍频产生毫米波频段的dmt信号。

3.根据权利要求1所述的一种高时频域资源利用率的dmt信号的毫米波通信感知系统，其特征在于，所述接收端为感知接收端，通过包络检波器将被探测目标反射的回波下变频至基带，并由示波器采集；所述接收端使用数字信号处理算法，结合参考信号和回波信号，通过计算信号相位变化，以此计算出被探测目标的距离信息和速度信息。

4.根据权利要求1所述的一种高时频域资源利用率的dmt信号的毫米波通信感知系统，其特征在于，所述信号处理算法如下所示：

5.根据权利要求2所述的一种高时频域资源利用率的dmt信号的毫米波通信感知系统，其特征在于，采用同时用于通信和感知的dmt信号，使得信号同时实现频分和时分复用，能够产生宽带dmt信号，提高系统的时频域资源利用率。

6.根据权利要求2所述的一种高时频域资源利用率的dmt信号的毫米波通信感知系统，其特征在于，使用光外差法，两路具有一定频率差的光信号耦合成一路光信号，通过mzm调制后，辅助pd拍频产生高频毫米波信号。

7.根据权利要求2所述的一种高时频域资源利用率的dmt信号的毫米波通信感知系统，其特征在于，多载波dmt信号同时作为通信信号和感知信号。

8.一种高时频域资源利用率的dmt信号的毫米波通信感知方法，其特征在于，采用权利要求1至7任一项所述毫米波通信感知系统实现，包括以下步骤：

技术总结本发明涉及毫米波通信感知技术，公开了一种高时频域资源利用率的DMT信号的毫米波通信感知系统与方法；本发明中毫米波通信感知测距一体化系统包含：发送端，接收端和信号处理算法，发送端主要包含输入模块、光调制器、激光源、光电探测器、DAC模块；激光源作为光源；输入模块用于产生通信感知一体化信号；光调制器输入模块产生的信息调制到光载波上；光电探测器用于产生毫米波信号；接收端主要包含天线、解调器与输出模块；天线用于接收毫米波信号并输出至解调器分别进行通信端和感知端解调；输出模块用于提取解调器解调出的信息；本发明系统不仅能实现毫米波频段通信系统和感知系统在硬件上的结合，同时能够实现高精度感知与高速通信。技术研发人员：王浩受保护的技术使用者：无锡煌芯科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23