MAJoRCom: A Dual-Function Radar Communication System Using Index Modulation
双功能雷达通信（DFRC）系统使用相同的硬件实现传感和通信。这样的方案在尺寸、功率和成本方面通常比使用不同的雷达和通信系统更有效。由于这些功能共享频谱、功率和天线等资源，DFRC方法通常会降低雷达和通信性能。在这项工作中，我们提出了一个DFRC方案的基础上，载波捷变相控阵雷达（CAESAR），它结合了频率和空间的捷变。建议DFRC系统，被称为多载波敏捷联合雷达通信（MAJoRCom），利用固有的空间和频谱随机性的CAESAR传送数字信息的索引调制的形式。由此产生的通信方案自然地与雷达功能共存，因此不会以降低雷达性能为代价。我们分析了MAJoRCom的性能，量化其可实现的比特率。此外，我们开发了一个低复杂度的解码器和码本设计方法，简化了恢复的通信位。我们的数值结果表明，MAJoRCom是能够实现的比特率，这是利用独立的通信模块，而不影响雷达的性能相媲美，我们提出的低复杂度解码器允许接收机可靠地恢复传输的符号与负担得起的计算负担。
2019-09-10 cs.IT eess.SP math.IT
Frequency-Hopping MIMO Radar-Based Communications: An Overview
在射频技术进步的推动下，雷达和通信系统的融合变得越来越有前途，并被设想为未来6 G网络的关键特征。近年来，跳频MIMO雷达被引入到双功能雷达通信系统中。FH-MIMO基于雷达的DFRC（FH-MIMO DFRC）优于许多以前的以雷达为中心的DFRC设计，其符号率可以超过雷达脉冲重复频率。然而，许多实际问题，特别是那些关于有效的数据通信的问题，尚未探索/解决。为了提高人们对新DFRC的认识和理解，本文对FH-MIMO DFRC进行了介绍。我们全面回顾了新DFRC的许多重要方面：信道/信号模型，信令策略，调制/解调处理和信道估计方法，仅举几例。我们还强调了FH-MIMO DFRC中存在的主要问题，并提出了潜在的解决方案，以阐明未来的研究工作。
2020-10-19 cs.IT eess.SP math.IT
Coexistence Designs of Radar and Communication Systems in a Multi-path Scenario
针对多径环境下MIMO通信与雷达频谱共享的干扰问题，通过联合设计预编码器、雷达波形与接收滤波器最大化SINR，并采用交替最大化算法求解非凸问题。
2023-04-08 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO Radars and Massive MIMO Communication Systems can Coexist
该研究针对单小区大规模MIMO通信系统与MIMO雷达的共存场景，利用随机矩阵理论推导二者可实现速率与联合系统速率区域，发现基站的大量自由度可在无协同设计时实现低干扰，并通过仿真验证了结论。
2023-07-22 cs.IT eess.SP math.IT
Rate-Splitting Multiple Access for Multi-Antenna Joint Radar and Communications
双功能雷达通信（DFRC）系统是5G后必不可少的和有前途的技术。在这项工作中，我们提出了一个强大的和统一的多天线DFRC传输框架，其中一个额外的雷达序列发送除了通信流，以提高雷达波束匹配能力，和速率分裂多址接入（RSMA），以更好地管理干扰。RSMA依赖于具有连续干扰消除（SIC）接收器的多天线速率分割（RS），以及将消息分割和编码为公共和专用流。我们设计的消息分裂和预编码器的雷达序列和通信流，以联合最大化加权和速率（WSR）和最小化雷达波束方向图近似均方误差（MSE）的每天线功率约束。提出了一种基于乘子交替方向法（ADMM）的迭代算法。数值结果首先表明，RSMA辅助DFRC实现WSR和波束图近似之间的更好的折衷比空分多址（SDMA）辅助DFRC有或没有雷达序列，和其他更简单的雷达通信策略，使用正交资源。我们还表明，RSMA辅助DFRC框架与雷达序列和不实现相同的权衡性能。这是因为在所提出的框架中更好地利用了公共流。RSMA的公共流实现了管理通信用户之间的干扰、管理通信与雷达之间的干扰以及波束图近似的三重功能。因此，通过在DFRC中启用RSMA，系统性能得到增强，同时系统架构得到简化，因为不需要使用额外的雷达序列和SIC。我们的结论是，RSMA是一个更强大的多址接入DFRC。
2021-03-14 cs.IT eess.SP math.IT
Precoder and Decoder Co-Designs for Radar and Communication Spectrum Sharing
雷达和现代通信系统都在向更高的频段和大规模天线阵列发展，这就增加了它们在硬件结构、信道特性和信号处理流水线方面的相似性。为了抑制由具有共享频谱和硬件资源的通信和雷达系统引起的跨系统干扰，其中通信和雷达/感测系统可以以联合优化的性能并行操作的协同设计理念引起了学术界和工业界的极大关注。在本文中，我们提出了一种基于零空间的联合预编码器和解码器的设计之间的多载波雷达和多用户多载波通信系统的频谱共享，通过采用最大信号干扰噪声比（max-SINR）的标准和干扰对齐（IA）的约束。通过将跨系统干扰投影到设计的零空间，可以实现$K+1$ -雷达-通信-用户干扰信道的最大自由度上界。我们的仿真研究表明，在通信和雷达系统中，干扰几乎可以完全消除。这导致雷达中的检测性能的改善和通信子系统中的更高速率。基于零空间的预编码器的设计也获得了显着的性能增益。
2022-06-09 eess.SP
Fundamental Limits on Detection With a Dual-function Radar Communication System
研究了双功能多输入多输出雷达通信系统目标检测性能的基本限制。通过假设点状目标和通信接收机的存在，最大检测概率和实现最佳性能的发射波形的封闭形式的表达式推导。结果表明，对于所考虑的情况下，双功能系统应发送相干波形，以实现最佳的检测性能。此外，目标和通信接收器之间的角度间隔对可实现的检测性能具有很大影响。
2022-04-09 cs.IT eess.SP math.IT
On the Effectiveness of OTFS for Joint Radar and Communication
我们考虑一个联合雷达估计和通信系统使用正交时间频率空间（OTFS）调制。该场景是由车辆应用激发的，其中配备有单基地雷达的车辆希望将数据传送到其目标接收器，同时估计与该接收器相关的感兴趣的参数。在多径时频选择性信道上的点对点通信环境中，我们从两个角度研究了联合雷达和通信系统，即，发射机处的雷达估计以及接收机处的符号检测。对于雷达估计部分，我们推导了一个有效的近似最大似然算法和相应的距离和速度估计的Cramér-Rao下界。数值例子表明，多载波数字格式，如OTFS可以实现精确的雷达估计的最先进的雷达波形，如调频连续波（FMCW）。对于数据检测部分，我们专注于单独的检测和解码，并考虑一个软输出检测器，有效地利用信道稀疏在多普勒延迟域。我们量化检测器的性能，其务实的能力，即可实现的信号星座和检测器软输出引起的信道速率。仿真结果表明，该方案优于并发的最先进的解决方案。总的来说，我们的工作表明，一个合适的数字调制波形，使有效地操作联合雷达和通信，通过实现调制和接近最佳的雷达估计性能的全信息速率。此外，OTFS似乎特别适合该范围。
2019-10-04 cs.IT eess.SP math.IT
Coexistence between Communication and Radar Systems - A Survey
蜂窝网络中的数据业务需求已经极大地增长，并且已经导致产生拥塞的RF环境。因此，已经提出并实现了用于频谱共享的创新方法，以在同一频段内容纳若干系统。雷达与通信系统之间的频谱共享是一个重要的研究和发展领域。在本文中，我们提出了基本的频谱共享的概念和技术，然后我们提供了一个最新的和全面的调查频谱共享技术，已开发的，使一些无线通信系统共存于同一频段的雷达系统。
2017-09-25 eess.SP
RIS-Assisted Communication Radar Coexistence: Joint Beamforming Design and Analysis
集成传感与通信（ISAC）被认为是未来无线通信最有前途的技术之一。然而，通信雷达共存系统中的相互干扰是不容忽视的。受可重构智能表面（RIS）研究的启发，提出了一种双RIS辅助共存系统，其中部署两个RIS以增强通信信号并抑制相互干扰。我们的目标是联合优化RISs和雷达的波束形成，以最大限度地提高通信性能，同时保持雷达检测性能。研究的问题是具有挑战性的，因此，我们把它转化为一个等价的，但更容易处理的形式，通过引入辅助变量。然后，我们提出了一个基于惩罚对偶分解（PDD）的算法来解决由此产生的问题。此外，我们考虑了两种特殊情况：大雷达发射功率的情况下，低雷达发射功率的情况下。对于前者，我们证明了波束形成设计只取决于通信信道，相应的最优联合波束形成策略可以得到封闭形式。对于后者，我们通过块坐标下降（BCD）方法最大限度地减少相互干扰。通过结合这两种情况的解决方案，一个低复杂度的算法也被开发出来。最后，仿真结果表明，基于PDD和低复杂度的算法优于基准算法。
2022-01-19 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Radar-Communications Processing from a Dual-Blind Deconvolution Perspective
我们考虑一个一般的频谱共存的情况下，其中雷达和通信系统的信道和发射信号是未知的接收机。在该\textit{dual-blind deconvolution}（DBD）问题中，普通接收机接收与多个目标反射的雷达信号重叠的多载波无线通信信号。当雷达接收机不与发射机并置时，例如在无源或多基地雷达中，除了目标参数之外，发射信号也是未知的。类似地，除了发送的消息之外，通信信道在诸如车辆网络的动态环境中也可能是未知的。因此，在DBD场景中未知目标和通信参数的估计是非常具有挑战性的。在这项工作中，我们利用稀疏的通道来解决DBD铸造它作为一个原子范数最小化问题。我们的理论分析和数值实验表明，完美的恢复连续值的距离-时间和多普勒速度的多个目标，以及延迟-多普勒通信信道参数使用均匀间隔的时间样本的双盲接收机。
2021-11-11 cs.IT eess.SP math.IT
Dual-Function Radar-Communication System Aided by Intelligent Reflecting Surfaces
提出了一种基于智能反射面的双功能雷达通信系统的设计方案。我们考虑一个场景与一个目标和多个通信接收器，在那里没有视线之间的雷达和目标。雷达预编码矩阵和IRS权重被优化设计为最大化雷达接收机处的信噪比（SNR）和通信接收机处的SNR的加权和，其受到IRS权重的功率约束和恒模约束。该问题被解耦为两个子问题，即波形设计和IRS权重设计，并通过交替优化来解决。前一个子问题通过线性规划求解，后一个子问题通过四次多项式目标的流形优化求解。本文的主要贡献在于解决了基于四次目标函数优化的IRS权重设计子问题，并对IRS权重进行了单位模约束。仿真结果表明了该算法在不同系统配置下的收敛特性，以及利用IRS提高雷达和通信性能的有效性。
2022-04-10 cs.IT eess.SP math.IT
Radar Information Theory for Joint Communication and Parameter Estimation with Passive Targets
在本文中，我们推导出的信息理论性能界的通信数据率和参数估计误差，联合雷达和通信（JRC）系统。我们假设目标是半被动的，即它们使用有源组件接收信号，使用无源组件传递自己的信息。具体来说，我们让目标控制他们的无源反射器，以便通过基于反射的波束成形或后向散射将他们自己的信息传输回雷达。我们推导出的Cramer-Rao下界（CRBs）的均方误差估计的目标参数。目标模糊度函数（TAF）的概念在推导CRB中自然出现。使用这些TAF作为成本函数，我们提出了一种基于变分法的波形优化技术。此外，我们得出的数据率的下限，在前向和反向信道上的通信，在雷达和联合雷达和通信的情况下。通过数值例子，我们证明了这个框架的实用程序的发送波形设计，码本的建设，并建立相应的数据率的界限。
2021-07-07 cs.IT eess.SP math.IT
Covert Beamforming Design for Integrated Radar Sensing and Communication Systems
我们提出了隐蔽波束形成的设计框架，综合雷达传感和通信（IRSC）系统，雷达可以隐蔽地与合法用户的探测波形的覆盖下，而不会被窃听者发现。具体地说，通过联合设计的目标检测波束形成器和通信波束形成器，我们的目标是最大化的雷达检测互信息（MI）（或通信速率）受到隐蔽约束，通信速率约束（或雷达检测MI约束），和总功率约束。对于理想窃听者的信道状态信息（CSI）的情况下，我们转化为一系列的凸子问题的隐蔽波束形成设计问题，利用半定松弛，可以通过二分法搜索方法来解决。考虑到迭代优化的高复杂度，我们进一步提出了一种基于迫零准则的单次迭代隐蔽波束形成器设计方案。对于不完美窃听者的CSI场景，我们开发了一种松弛和限制的方法来解决鲁棒隐蔽波束形成设计问题。仿真结果表明，所提出的隐蔽波束形成方案的有效性，完美和不完美的CSI场景。
2022-08-11 cs.IT eess.SP math.IT
Adaptive and Fast Combined Waveform-Beamforming Design for mmWave Automotive Joint Communication-Radar
针对现有毫米波车载联合通信-雷达系统角视场有限、雷达估计精度低的问题，提出基于循环移位波束成形器与二维部分傅里叶压缩感知的自适应快速联合设计，可在通信性能小幅下降的代价下实现宽视场高精度雷达信道估计。
2020-09-06 cs.IT eess.SP math.IT
Coexistence of Communications and Cognitive MIMO Radar: Waveform Design and Prototype
新一代雷达系统将需要与其他射频（RF）系统共存，预测它们的行为并做出适当的反应以避免干扰。针对这一需求，本文设计、实现了基于自定义认知多输入多输出（MIMO）雷达原型的纯相位序列（恒功率），并对其性能进行了评估。所提出的发射波形避免了窄带干扰器或通信链路占用的频段，同时彼此之间具有小的互相关，以使它们在MIMO雷达接收机处具有可分离性。通过求解一个非凸双目标优化问题得到的优化序列集的性能，与最先进的同行相比，其适用性说明了开发的原型。一个现实的长期演进（LTE）的下行链路用于通信，和实时系统的实现进行了验证和评估，通过吞吐量计算的通信和雷达系统的检测性能测量。
2021-03-08 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Transmitter Design for Robust Secure Radar-Communication Coexistence Systems
针对存在窃听者的MISO安全通信与MIMO雷达频谱共享场景，提出基于S引理和半定松弛的双层鲁棒协同算法，联合设计波形与波束成形，在保障雷达检测性能的同时最大化用户最坏情况保密速率，实现了显著的速率增益并揭示了二者的权衡关系。
2024-01-26 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Design of surveillance radar and MIMO communication in cluttered environments
在这项研究中，我们考虑了一个频谱共享架构，其中多输入多输出通信系统合作与监视雷达共存。系统设计的自由度是两个系统的发射功率、用于雷达接收机处的脉冲压缩和干扰减轻的接收线性滤波器以及空时通信码本。设计准则是通信系统的输入和输出符号之间的互信息的最大化，受到旨在保障雷达性能的约束。与以前的研究不同，我们不需要两个系统之间的任何时间同步，我们保证在信号相关（内源性）和信号无关（外源性）干扰下巡逻区域的所有距离-方位角单元的雷达性能。这导致了一个非凸问题，并因此引入了一个近似的解决方案，使用块坐标上升法。提供了一个彻底的分析，以显示所提出的方法的优点，并强调可实现的互信息，在环境中的散射体的密度，和受保护的雷达单元的数量之间的内在权衡。
2019-07-18 cs.IT eess.SP math.IT
Using Massive MIMO Arrays for Joint Communication and Sensing
在超5G和6 G无线通信系统领域中越来越重要的趋势之一是对联合执行通信和环境感测的系统的研究。本文提出了使用基站（BS），我们称之为\textit{radar-BS}，配备了一个大规模的天线阵列来执行，使用相同的频率范围，与移动用户通信，并通过雷达扫描感测/监视周围环境。大规模天线阵列实际上既可以作为具有协同定位天线的MIMO雷达（发射指向正仰角的雷达信号）运行，又可以执行信号空间波束成形，以主要基于地面与用户进行通信。我们的研究结果表明，使用一个大规模的MIMO雷达基站的通信和雷达系统可以共存，相互干扰很小。
2019-12-01 cs.IT eess.SP math.IT
JCR70: A Low-Complexity Millimeter-Wave Proof-of-Concept Platform for A Fully-Digital MIMO Joint Communication-Radar
在毫米波（mmWave）波段具有多输入多输出（MIMO）架构的全数字宽带联合通信雷达（JCR）将实现高的联合通信和雷达性能，同时增强设计灵活性。具有少量位模数转换器（ADC）的量化接收器将为未来便携式设备和自动驾驶汽车提供实用的JCR解决方案，降低功耗。在本文中，我们提出了一个联合通信雷达的概念验证平台，名为JCR 70，这些JCR系统使用真实的信道测量在71-76 GHz频段的性能进行评估和演示。我们开发这个平台，通过扩展毫米波通信设置与一个额外的全双工雷达接收器，并通过捕获MIMO JCR信道使用移动天线在滑轨上。为了表征我们开发的测试JCR性能，我们进行了几次室内和室外实验，并对测量数据应用传统和先进的处理算法。此外，我们还将JCR 70平台的性能与INRAS Radarbook进行了比较，后者是最先进的77 GHz汽车雷达评估平台。结果表明，对于高达5 dB的信噪比，具有2-4位ADC的量化接收器的性能通常非常接近高分辨率ADC。我们的JCR 70平台具有73 GHz和2 GHz带宽的全数字JCR波形，由于更高的带宽和更大的合成天线孔径，因此比Radarbook具有更高的分辨率能力。
2020-06-23 cs.IT eess.SP math.IT
Rate-Splitting Multiple Access for Multi-Antenna Joint Communication and Radar Transmissions
速率分裂多址接入（RSMA）技术是一种基于多天线速率分裂（RS）技术的多用户多天线通信系统。在本文中，RSMA被引入作为一个统一的多址接入多天线雷达通信（RadCom）系统，其中的基站具有双重通信和雷达的能力，同时与下行链路用户和探测探测信号的方位角的利益。使用RS，消息被分成公共和私有部分，然后在预编码和传输之前被编码成公共和私有流。我们设计的消息分裂和预编码器的RadCom系统，使加权和速率（WSR）最大化，发射波束图近似所需的雷达波束图下的平均发射功率约束在每个天线。然后，我们提出了一个框架的基础上交替方向乘法（ADMM）来解决复杂的非凸优化问题。结果突出了RSMA的优点，统一RadCom传输和管理雷达和通信之间的干扰，在传统的空分多址（SDMA）技术。
2020-03-06 cs.IT eess.SP math.IT
Adaptive Virtual Waveform Design for Millimeter-Wave Joint Communication-Radar
现在可以在毫米波（mmWave）波段实现具有全数字基带生成和处理的联合通信和雷达（JCR）波形。先前的工作已经提出了一种基于毫米波无线局域网（WLAN）的JCR，其利用用于雷达的WLAN前导码。然而，目标速度估计的性能是有限的。在本文中，我们提出了一个虚拟的自适应毫米波JCR波形设计。所提出的系统发送几个非均匀放置的伪随机数来构造多个接收虚拟伪随机数，以提高速度估计精度，在通信数据速率的成本只有一个小的减少。我们评估JCR性能权衡使用克拉美-罗界（CRB）度量雷达估计和一种新的失真最小均方误差（MMSE）度量数据通信。此外，我们开发了三种不同的MMSE为基础的优化问题的自适应JCR波形设计。仿真结果表明，一个最佳的虚拟（非均匀）波形实现了显着的性能改善相比，均匀的波形。针对雷达CRB约束优化问题，改进了最优雷达作用距离和最优通信失真MMSE（DMMSE）。对于具有高DMMSE约束的通信DMMSE约束优化，增强了最优雷达CRB。对于加权MMSE平均优化，虚拟波形相对于均匀波形的优势随着降低的通信加权而增加。通过与传统的基于虚拟前导码计数的优化算法进行比较，发现传统算法在目标数目较少和信噪比较高的情况下收敛于MMSE算法。
2019-04-11 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO OFDM Dual-Function Radar-Communication Under Error Rate and Beampattern Constraints
在这项工作中，我们考虑了一个多输入多输出（MIMO）双功能雷达通信（DFRC）系统，该系统可以感知多个空间方向，并为多个用户提供服务。在采用正交频分复用（OFDM）传输格式和差分相移键控（DPSK）调制方式的基础上，研究了雷达和用户采用的辐射波形和接收滤波器的设计。该方法是以通信为中心的，在这个意义上，雷达为导向的目标优化的约束下的平均发射功率，对特定方向的功率泄漏，和每个用户的错误率，从而保障通信服务质量（QoS）。我们采用了一个统一的设计方法，允许一个广泛的家庭的雷达目标，包括估计和检测为导向的价值函数。我们设计了一个次优的解决方案的基础上交替优化所涉及的变量，一个凸的可行的搜索集的限制，和minorization-maximization，提供一个单一的算法在考虑家庭的所有雷达价值函数。最后，通过数值算例对算法的性能进行了检验.
2021-12-09 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Communication and Radar Sensing with Reconfigurable Intelligent Surfaces
在本文中，我们使用一个可重构智能表面（RIS），以提高毫米波双功能雷达通信系统的雷达感知和通信能力。同时本地化的目标，并为用户服务，我们建议自适应分区的RIS保留单独的RIS元素的传感和通信。我们设计了一个多阶段的分层码本定位的目标，同时确保一个强大的通信链路到用户。我们还提出了一种方法来选择在每个阶段中发射相同波束的次数，以达到期望的目标定位误差概率。所提出的算法通常需要更少的传输比一个穷举搜索方案，以实现所需的目标定位误差概率。此外，该算法的用户的平均频谱效率被发现是可比的RIS辅助的MIMO通信系统没有感测能力，并远远优于传统的MIMO系统没有RIS。
2021-05-05 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Radar-Communication Waveform Design Based on Composite Modulation
联合雷达通信（JRC）波形可用于在同一频段内同时进行雷达探测和通信。然而，雷达检测处理需要包括用于匹配滤波的嵌入信息的波形的先验知识。为了消除这一要求，我们提出了一种基于复合调制的单模JRC波形，其中内部调制通过将比特序列映射到不同的正交信号来嵌入信息，外部调制对内部波形进行相位调制以满足检测的要求。通过调整正交信号的数量，可以在检测和通信性能之间进行折衷。此外，还定义了一个新的参数相异度来衡量检测性能对未知嵌入信息的鲁棒性。数值结果表明，该系统的误码率性能与多级频移键控系统相当，模糊函数与相位编码信号相当，相异性性能优于其他JRC系统。
2020-09-15 cs.IT eess.SP math.IT
Combined Radar and Communications with Phase-Modulated Frequency Permutations
本文研究雷达与通信一体化问题，证明MPSK调制对雷达局部精度影响可忽略，并提出基于Lehmer码和匈牙利算法的相位调制频率排列新信令方案，同时从通信和感知两个角度给出了理论性能分析。
2022-05-23 cs.IT eess.SP math.IT
RIS-Enabled Transmitter Design for Joint Radar and Communication
Univ. of Cassino and Southern Lazio（卡西诺和南拉齐奥大学）；Univ. of Naples “Federico II”（那不勒斯费德里科二世大学）
本文提出基于RIS的双功能雷达通信发射机设计，通过联合优化源波形和RIS相移，实现高效ISAC系统性能提升。
2025-07-08 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Radar and Multicast-Unicast Communication: A NOMA Aided Framework
研究了非正交多址（NOMA）辅助的雷达与多播-单播联合通信（Rad-MU-Com）新概念。采用相同的频谱资源，多输入多输出（MIMO）双功能雷达通信（DFRC）基站检测以雷达为中心的用户（R用户），同时向R用户和以通信为中心的用户（C用户）发送混合的多播-单播消息。特别地，多播信息旨在用于R用户和C用户两者，而单播信息仅旨在用于C用户。更明确地说，NOMA用于促进这种双频谱共享，其中多播和单播信号在功率域中叠加，并且叠加的通信信号也被用作雷达探测波形。针对单R用户和单C用户系统，提出了一种基于NOMA的波束形成器辅助的联合Rad-MU-Com框架。基于此框架，单播速率最大化问题，制定通过优化所采用的波束形成器，同时满足组播的速率要求和预定义的精度的雷达波束图案。由此产生的非凸优化问题的解决基于惩罚的迭代算法，以找到一个高质量的近优解。最后，我们的数值结果表明，显着的性能增益可以实现该计划的基准计划。
2022-04-30 cs.IT eess.SP math.IT
Radar-enabled ambient backscatter communications
本研究利用雷达杂波作为载波信号实现环境反向散射通信，提出了两种无需与雷达发射机协调的编解码方案，支持多标签接入，并在传输速率与错误概率间实现权衡。
2023-04-05 cs.IT eess.SP math.IT
A Rate-Splitting Strategy to Enable Joint Radar Sensing and Communication with Partial CSIT
为了管理雷达和通信系统之间日益增加的干扰，近年来，联合雷达和通信（RadCom）系统引起了越来越多的关注，迄今为止的研究考虑了发射机处的完美信道状态信息（CSIT）的假设。然而，这样的假设是不切实际的，并且忽略了不可避免的CSIT误差，需要考虑这些误差以充分利用联合RadCom系统的多天线处理和干扰管理能力。在这项工作中，一个联合RadCom系统的设计，它结合了多输入多输出（MIMO）雷达的能力与速率分裂多址接入（RSMA），一个强大的下行链路通信计划的基础上线性预编码的速率分裂（RS）部分解码多用户干扰（MUI），并部分将其视为噪声。以这种方式，RadCom预编码器在部分CSIT存在的情况下被优化，以同时在QoS速率约束下最大化平均加权和速率（AWSR），并针对理想的MIMO雷达波束图最小化RadCom波束图平方误差（BSE）。仿真结果表明，与基于空分多址（SDMA）的联合RadCom系统相比，RSMA具有更好的鲁棒性、灵活性和用户速率公平性。
2021-05-03 cs.IT eess.SP math.IT
Information-Theoretical Approach to Integrated Pulse-Doppler Radar and Communication Systems
集成的传感和通信通过将传感和通信功能相结合来提高效率、准确性和成本节约，从而改进了系统的设计。最佳集成需要了解传感和通信之间的权衡，但由于缺乏统一的性能指标，这可能很困难。在本文中，信息理论的方法是用来设计一个统一的度量系统。引入了一个感知率来衡量脉冲多普勒雷达系统所获得的信息量。在封闭的形式获得的近似和下限的感测率。使用派生的传感信息和通信速率，最佳的带宽分配策略，发现最大化的频谱效率的加权和传感和通信。仿真结果证实了近似的有效性和建议的带宽分配的有效性。
2023-02-10 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Precoding and Combining for mmWave Full-Duplex Joint Radar and Communication Systems under Self-Interference
本文针对毫米波全双工联合雷达与通信系统，提出基于广义特征值的混合预编码与模拟合并设计，在保证雷达增益和通信速率的同时有效抑制自干扰，并通过OFDM雷达实现高精度目标距离与速度估计。
2024-04-01 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Active and Passive Beamforming Design for IRS-Aided Radar-Communication
本文研究了一种智能反射面辅助雷达通信系统（Radcom），利用智能反射面辅助雷达通信基站（BS）实现通信信号和雷达信号的联合传输，实现对通信用户的服务和对目标的跟踪。本文的目的是通过联合优化有源波束形成器，包括通信波束形成器和雷达波束形成器，在Radcom BS和在IRS的相移，受通信用户所需的最小信号干扰噪声比（SINR），雷达所需的最小SINR，和互相关图案设计，以最小化在Radcom BS的总发射功率。特别是，我们考虑两种情况下，即情况I和情况II，基于存在或不存在的雷达互相关设计和干扰的IRS上的Radcom BS。对于不考虑互相关设计和干扰的情况I，证明了不需要专用雷达信号，从而大大降低了实现复杂度，简化了算法设计。然后，提出了一种基于惩罚的算法来解决由此产生的非凸优化问题。而对于考虑互相关设计和干扰的情况II，我们揭示了一般需要专用雷达信号来提高系统性能。由于所得到的优化问题是更具有挑战性的解决相比，情况I，半定松弛（SDR）的交替优化（AO）算法提出。仿真结果验证了所提算法的有效性，也表明了所提方案优于各种基准方案。
2022-03-28 cs.IT eess.SP math.IT
Rate-Splitting Multiple Access for Dual-Functional Radar-Communication Satellite Systems
在本文中，我们考虑了一个多天线双功能雷达通信（DFRC）卫星系统，其中卫星具有双重能力，同时与下行链路卫星用户（SU）和探测探测信号的移动目标进行通信。为了设计一个合适的DFRC波形，我们研究了速率分裂多址（RSMA）辅助DFRC波束形成，并采用克拉美-罗界（CRB）作为雷达性能指标，这代表了一个下界的方差无偏估计。波束成形被优化以最小化受制于SU的服务质量（QoS）约束和每馈送发射功率预算的CRB。利用所设计的DFRC波形，实现了双基地卫星通信和地面/海面目标探测的同时进行。仿真结果表明，在多波束卫星系统中，RSMA辅助的DFRC波束形成在通信-感知权衡和目标估计性能方面优于传统的空分多址（SDMA）策略。
2022-03-26 cs.IT eess.SP math.IT
Integrated Sensing and Communication for Large Networks using Joint Detection and a Dynamic Transmission Strategy
本文研究大型网络通感一体化系统，针对雷达模式因双重路径损耗而性能脆弱的问题，提出动态传输策略（DTS）与单双站联合检测方法，以牺牲部分通信性能和检测数量为代价，显著提升了雷达检测质量与整体性能。
2023-05-23 cs.IT eess.SP math.IT
Co-Designing Statistical MIMO Radar and In-band Full-Duplex Multi-User MIMO Communications -- Part II: Joint Precoder, Radar Code, and Receive Filters Design
本文针对统计MIMO雷达与带内全双工多用户MIMO通信的频谱共享问题，提出基于复合加权和互信息的联合设计框架，并采用块坐标下降与交替投影方法优化雷达码、预编码器和接收滤波器，实验验证了算法收敛性、干扰抑制能力和数据速率稳定性。
2024-03-28 cs.IT eess.SP math.IT
Impact of Channel Aging on Dual-Function Radar-Communication Systems: Performance Analysis and Resource Allocation
在传统的双功能雷达通信（DFRC）系统中，雷达和通信信道通常是在固定的时间间隔估计的基础上，他们的最坏情况下的操作场景。这种与情况无关的重复估计导致显著的训练开销并且显著地降低系统性能，特别是对于具有动态感测/通信需求和有限无线电资源的应用。在本文中，我们利用信道老化特性，以减少训练开销，并设计了一个依赖于情况的信道重估计间隔优化为基础的资源分配多目标跟踪DFRC系统的性能改善。具体来说，我们利用信道的时间相关性来预测雷达和通信信道，以减少训练前导码重传的需要。然后，我们描述了信道老化对雷达跟踪性能分析的Cramer-Rao下界（CRLB）和通信性能分析的最大比传输（MRT）和迫零（ZF）发射波束形成的可达速率的影响。特别是，年龄CRLB和可实现的速率推导出相对于信道老化时间，带宽和功率的封闭形式的表达式。基于分析结果，我们优化这些因素，以最大限度地提高平均总年龄的可达率受单个目标跟踪精度的要求，通信速率的要求，和其他实际约束。由于制定的问题属于一个非凸问题，我们开发了一个有效的一维搜索为基础的优化算法，以获得其次优解。最后，仿真结果验证了理论推导结果的正确性和分配方案的有效性。
2023-03-01 cs.IT eess.SP math.IT
Frequency Permutation Subsets for Joint Radar and Communication
本文针对联合雷达与通信系统，提出频率排列子集选择方法，结合整数规划与匈牙利算法接收机设计，在改善通信误码率的同时降低雷达旁瓣并提升感知精度。
2022-07-21 cs.IT eess.SP math.IT
Radar Aided 6G Beam Prediction: Deep Learning Algorithms and Real-World Demonstration
本文介绍了第一个基于机器学习的真实世界的演示雷达辅助波束预测在一个实际的车辆通信场景。在通信终端处利用雷达传感数据提供了关于发射器/接收器位置和周围环境的重要意识。这种感知可以用于减少甚至消除毫米波（mmWave）和亚太赫兹（THz）MIMO通信系统中的波束训练开销，这使得能够实现广泛的高移动性低延迟应用。在本文中，我们为毫米波/亚太赫兹系统开发了基于深度学习的雷达辅助波束预测方法。所开发的解决方案利用雷达信号处理的领域知识来提取馈送到学习模型的相关特征。这优化了它们的性能、复杂性和推理时间。使用大规模真实世界数据集DeepSense 6 G评估了所提出的雷达辅助波束预测解决方案，该数据集包括共存的毫米波波束训练和雷达测量。除了完全消除雷达/通信校准开销外，实验结果表明，所提出的算法能够实现约$90\%$ top-5波束预测精度，同时节省$93\%$的波束训练开销。这突出了解决毫米波/太赫兹通信系统中波束管理开销挑战的有希望的方向。
2021-11-18 cs.IT eess.SP math.IT
A Novel Bistatic Joint Radar-Communication System in Multi-path Environments
联合雷达通信（JRC）系统可以同时进行雷达探测和通信。在本文中，我们提出了一种适用于多径环境的双基地JRC系统。基于一种新的联合波形，设计了一种用于目标检测和信道估计的联合检测过程。同时，提出了一种利用从检测过程中获取的信道状态信息的低成本信道均衡方法。数值结果表明，该系统的误符号率与二进制频移键控系统的误符号率相近，而在多径环境下信噪比要求比单径环境下高不到2 dB，从而达到10-5的误符号率。此外，联合检测过程不需要知道嵌入信息，检测性能对未知信息具有鲁棒性。
2020-06-30 cs.IT eess.SP math.IT
Radar Imaging Based on IEEE 802.11ad Waveform in V2I Communications
由于大多数车载雷达系统已经在利用毫米波（mmWave）频谱，因此通过将通信频率扩展到mmWave频带中来实现联合雷达和通信系统将变得更加可行。在本文中，IEEE 802.11ad波形为基础的雷达成像技术，提出了车辆设置。路边单元（RSU）将IEEE 802.11ad波形发送到车辆用于通信，同时RSU还监听所发送波形的回波以执行逆合成孔径雷达（ISAR）成像。为了获得车辆的高分辨率图像，RSU需要准确地估计往返延迟、多普勒频移和车辆速度。建议ISAR成像的第一个估计的往返延迟使用一个良好的相关性的Golay互补序列在IEEE 802.11ad前导。然后，使用最小二乘估计从回波信号中获得多普勒频移，并对其进行细化以补偿由相位旋转引起的相位缠绕。利用运动方程和估计的多普勒频移来确定车辆的速度。仿真结果表明，该方法能够从不同视点的真实车辆环境的点散射体模型中形成高分辨率的ISAR图像。所提出的ISAR成像技术可用于各种车辆应用，例如，交通状况分析或先进的碰撞预警系统。
2022-08-04 cs.IT eess.SP math.IT
Sparse Codesigned Communication and Radar Systems
本文提出稀疏协同设计的通信与雷达（SCCR）框架，通过资源域和波形频谱域稀疏化提升频谱与能量效率，并利用稀疏雷达重建和索引调制等稀疏鲁棒信号处理技术缓解由此带来的雷达频谱丢失、波束方向图不规则及吞吐量下降等挑战。
2023-09-08 cs.IT eess.SP math.IT
Analysis of Worst-Case Interference in Underlay Radar-Massive MIMO Spectrum Sharing Scenarios
在本文中，我们考虑了一个雷达大规模MIMO频谱共享的情况下，大规模MIMO基站（BS）被允许运行在一个圆形的禁区以外的雷达为中心。将大规模MIMO BS的位置建模为齐次泊松点过程（PPP），我们推导出了由于蜂窝传输导致的雷达平均干扰的严格上限的解析表达式。技术新颖性在于界定每个大规模MIMO BS的最坏情况仰角，为此，我们基于典型泊松-沃罗诺伊（PV）电池的外接半径分布设计了一种新的构造。虽然由于PV镶嵌的结构，这些最坏情况的仰角与相邻BS相关，但由于我们关注的是平均干扰，因此它没有明确出现在我们的分析中。我们还提供了一个估计的标称平均干扰近似每个细胞作为一个圆的面积等于典型细胞的平均面积。使用这些结果，我们证明了这两个结果之间的差距保持近似恒定的禁区半径。我们的分析揭示了平均干扰功率的有用趋势，作为关键部署参数的函数，如雷达/BS天线高度，每个雷达/BS的天线单元数量，BS密度和禁区半径。
2019-07-22 cs.NI eess.SP
Capacity Analysis for Joint Radar-Communication Capable Coherent MIMO Radars
最近，在同一平台内集成通信和雷达任务的概念引起了极大的关注。联合雷达通信（JRC）系统提供了一个重要的机会，以减少频谱使用和产品成本，同时进行并发操作，如通过雷达处理和建立通信链路的目标感测。最近文献中已经提出了一种具有JRC能力的相干MIMO雷达系统。介绍了几种方法，以达到双重目标，作为一个显着的零电平对感兴趣的方向的雷达和MIMO雷达波形正交性。由于源自JRC操作的限制，通信信道可能遇到不希望的幅度变化。由于辐射信号幅度朝通信方向的衰减，这种不需要的调制通常会影响通信性能。然而，这种无意调制对通信信道的影响还有待研究。本文分析和研究了加性高斯白噪声和瑞利/莱斯衰落条件下具有JRC能力的相位编码相干MIMO雷达的通信信道。针对每个信道条件评估通信容量。结果表明，在所有信道条件下，采用单边有限零向固定波形产生方法具有最佳的容量性能。
2020-02-01 eess.SP
Experimental Analysis of Reinforcement Learning Techniques for Spectrum Sharing Radar
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；US Army Research Laboratory（美国陆军研究实验室）
在这项工作中，我们首先描述了一个框架的应用程序的强化学习（RL）控制的雷达系统，在拥挤的频谱设置。然后，我们通过讨论商业现货（COTS）硬件上进行的实验，比较了几种RL算法的实用性。每个RL技术的收敛性，雷达检测性能在拥挤的频谱环境中实现，并与非合作通信系统共享100 MHz频谱的能力进行评估。我们研究了策略迭代，它通过直接求解环境状态和雷达波形之间的随机映射来解决作为马尔可夫决策过程（MDP）的环境，以及深度RL技术，该技术利用一种形式的Q学习来近似雷达用于选择最佳动作的参数化函数。我们表明，RL技术是有益的，在一个感测和避免（SAA）计划，并讨论了条件下，每种方法是最有效的。
2020-03-13 cs.LG eess.SP stat.ML
A Dual-Function Radar Communication System With OFDM Waveforms and Subcarrier Sharing
提出了一种新的单基地多输入多输出（MIMO）双功能雷达通信（DFRC）系统，该系统有效地利用可用带宽进行感知和通信。被称为共享子载波DFRC（SS-DFRC）的所提出的系统发送宽带、正交频分复用（OFDM）波形，并且允许发送天线以共享方式使用子载波。提出了一种新的低复杂度的目标估计方法，以克服在这种情况下出现的雷达目标参数和发射符号的耦合。当所有子载波以共享方式使用时，所提出的系统实现了高通信速率，但其感测性能受到接收阵列的大小的限制。我们表明，当一些子载波被保留为专用于一个发射天线（私人子载波），通信速率可以权衡提高传感性能。后者可以通过使用私有子载波来构造产生更高分辨率角度估计的更大孔径虚拟阵列来实现。该系统通过波形预编码被赋予波束成形能力，其中预编码矩阵被优化设计以满足联合感测-通信系统性能度量。
2022-03-28 eess.SP
Joint Transmit Beamforming for Multiuser MIMO Communication and MIMO Radar
未来的无线通信系统期望探索雷达系统通常使用的频谱带，以便克服传统通信带的频谱拥塞。由于在许多应用中，雷达和通信共享同一平台，因此可以通过联合设计作为双功能雷达通信系统来促进频谱共享。针对多输入多输出（MIMO）雷达和多用户MIMO通信发射机共享频谱和天线阵列的情况，提出了一种联合发射波束形成模型。提出的双功能系统发射独立的雷达波形和通信符号的加权和，形成多个波束分别朝向雷达目标和通信接收机。加权系数的设计被配制成一个优化问题，其目标是MIMO雷达发射波束形成的性能，同时保证在每个通信用户的信号干扰噪声比（SINR）高于给定的阈值。尽管所提出的优化问题的非凸性，它可以放松到一个凸的，可以在多项式时间内解决，我们证明了松弛是紧的。然后，我们提出了一种降低复杂度的设计，基于迫零的用户间干扰和雷达干扰。与以前的作品，它专注于通信符号的传输，合成雷达发射波束方向图，我们的方法提供了更多的自由度MIMO雷达，从而能够获得改进的雷达性能，在我们的仿真研究中证明。此外，所提出的双功能方案接近仅雷达方案的雷达性能，即，在合理的通信质量约束下，无需频谱共享。
2020-02-02 eess.SP
Beurling-Selberg Extremization for Dual-Blind Deconvolution Recovery in Joint Radar-Communications
本文针对联合雷达通信中信道与信号均未知的双盲反卷积问题，利用Beurling-Selberg极值函数建立最优联合分离条件，并通过核范数最小化恢复低秩修正Hankel矩阵，结合MUSIC方法实现参数估计。
2023-10-27 cs.IT eess.SP math.FA
Interference and noise cancellation for joint communication radar (JCR) system based on contextual information
Cranfield University（克兰菲尔德大学）；Heriot-Watt University（赫瑞-瓦特大学）
本文探讨了无线通信和雷达信号的分离，从而保证共存，并作为一个灵丹妙药频谱感知。首先，考虑到接收端（通信和雷达）已知信道冲激响应，通过优化波束形成权值，可以有效地抑制信号干扰，提高系统的物理层安全性。此外，当信道响应未知时，我们设计了一个干扰滤波器作为低复杂度的噪声和干扰消除自动编码器。通过减少对合法用户的干扰，保证了PLS。结果表明，即使对于低信噪比，自动编码器产生低均方根误差（RMSE）值。
2023-02-14 cs.IT cs.LG eess.SP
Resource Allocation for a Wireless Powered Integrated Radar and Communication System
雷达与通信系统一体化是下一代无线通信网络的发展方向。然而，其性能受到有限能量的限制。为了克服这一问题，提出了一种无线供电的雷达与通信系统一体化系统。能量最小化问题制定的雷达和通信性能的约束。能量波束形成和雷达通信波形的联合优化，以最小化消耗的能量。利用半定松弛和辅助变量方法解决了具有挑战性的非凸问题。证明了可以得到最优解。仿真结果表明，我们提出的优化设计优于基准计划。
2018-09-02 eess.SP
Dual-functional microwave photonic system for concurrent radar and secure communication via radar signal masking
本文提出一种双功能微波光子系统，通过微波光子倍频与变频技术使雷达和通信信号同频并发，利用雷达信号掩蔽提升通信安全性，实验实现2Gbit/s通信速率、±0.3cm内测距误差及12.5×10.2cm成像分辨率。
2024-11-28 eess.SP physics.optics
Secure Radar-Communication Systems with Malicious Targets: Integrating Radar, Communications and Jamming Functionalities
研究了多输入多输出（MIMO）双功能雷达通信（DFRC）系统中的物理层安全问题。在这里，雷达目标被认为是潜在的窃听者，可能窃听的信息从通信发射机到合法用户。为了确保传输的保密性，我们采用人工噪声（AN）在发射机和制定优化问题，通过最大限度地减少在雷达目标接收到的信号干扰噪声比（SINR），同时保证合法用户的SINR要求。我们首先考虑理想的情况下，目标角度和信道状态信息（CSI）是精确已知的。该方案进一步扩展到更一般的情况下，目标位置的不确定性和CSI错误，我们提出了强大的优化方法，以保证最坏情况下的性能。因此，计算复杂性进行了分析，为每一个建议的方法。我们的数值结果表明，存在瞬时和统计CSI误差的算法的可行性。另外，随着位置不确定性的角度间隔的增大，安全DFRC系统的保密率也随之增大。
2019-09-09 eess.SP
Waveform Optimization with Multiple Performance Metrics for Broadband Joint Communication and Radar Sensing
联合通信和雷达传感（JCAS）将通信和雷达/无线电传感集成到一个系统中，共享一个发射信号。在本文中，我们研究JCAS波形优化通信信号的基础上，基站检测雷达目标，并与移动用户同时进行通信。我们首先开发个别新颖的波形优化问题的通信和传感，分别。对于通信，我们提出了一种新的下界的和速率集成多用户干扰和有效的信道增益到一个度量，简化了优化的和速率。对于雷达传感，我们考虑优化两个指标之一，互信息或Cramer-Rao界。然后，我们制定的JCAS问题，通过优化通信度量在不同的约束条件下的雷达度量，我们得到的非凸JCAS优化问题的封闭形式的解决方案和迭代解决方案。数值结果验证了所提出的优化方案。
2020-11-22 eess.SP
Converging Radar and Communications in the Superposition Transmission
提出了一种面向未来射频融合应用的叠加传输方案。该方案的假设下讨论的单站广播信道拓扑结构。在通信服务质量（QoS）约束下，研究了通信和速率与雷达估计误差方差的联合性能域。两个雷达信号波形，即线性调频和抛物线调频，被用来调查如何信号形状可能会影响估计精度。两种波形均以矩形包络产生。最后，通过数值分析得出结论：适度的通信QoS保证了良好的通信公平性，同时雷达性能下降有限。
2021-08-24 eess.SP
