摘要
随着无线设备数量的爆炸式增长，频谱资源变得愈发稀缺，各类无线设备需要竞争使用频谱。与此同时，自动驾驶等新兴场景中同时存在对环境感知与数据传输的需求，因此雷达通信一体化成为了一种可行的解决方案。雷达通信一体化利用雷达与通信在硬件设备、系统结构、信号处理算法等方面的相似性，通过共享硬件在一套设备上实现雷达与通信双功能，能够提升雷达与通信共存时的系统性能。本文针对MIMO雷达通信一体化，分别对资源正交型与资源非正交型两种一体化方式进行了研究，通过波形设计在两种方式下实现雷达通信一体化系统性能的最大化。主要工作如下: 1.研究MIMO雷达通信一体化下的互信息量问题，通过波形设计实现一体化系统加权互信息量的最大化。首先，本文分析了一体化系统中雷达与通信的互信息量，得到了一体化系统互信息量与发射波形的关系，分别建立了单通信用户与多通信用户场景下的波形设计问题。其次，本文将单通信用户的波形设计问题转化为对应的功率分配问题，并得到最优闭式解。多通信用户场景的波形设计是一个非凸问题，难以直接求得其闭式解，因此本文将其转换为等价的加权最小均方误差问题，并给出迭代算法进行求解。最后，仿真结果验证了单通信用户与多通信用户对应波形设计算法能够有效提升一体化系统互信息量。 2.提出基于旁瓣调制的一体化波形设计方法，通过设计MIMO雷达的发射波形在通信用户角度利用旁瓣实现通信功能。本文首先分析了MIMO雷达的空间波束图与发射波形的关系，提出在保持主瓣的幅度与宽度不变的情况下，通过设计雷达波形在用户位置形成QAM信号实现通信功能。由于旁瓣调制的通信数据只能在雷达脉冲内发送，通信速率受限于雷达脉冲重复频率，提出了采用多正交波形在单个雷达脉冲内承载多个符号，从而提升通信速率。建立了基于QAM旁瓣调制波形设计的优化问题，通过求解该优化问题得到最优的波形设计。仿真结果表明所提波形设计方法的可行性，证明采用多正交波形的MIMO雷达拥有更高的通信速率与更好的探测性能。
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