[发明专利]一种基于双时间尺度的通信感知一体化信号处理方法

说明书

本发明公开一种基于双时间尺度的通信感知一体化信号处理方法，包括：在通信感知一体化系统中引入双时间尺度，利用信道中散射体状态在多个信道相干时间内保持不变的特性，联合多个信道相干时间内收到的导频信号，进行信道估计和环境感知；根据估计到的信道各路径时延和信道复增益，在每个相干时间内，对接收信号，进行逐路径时延补偿和接收波束赋形，解调信号；联合多个信道相干时间内已解调的通信信号和导频信号，对每条路径进行多普勒频率估计；根据估计到的多普勒频率和时延，对剩余接收信号进行时延和多普勒对齐，逐路径波束赋形，解调信号。本发明实现了单载波低峰均比无码间串扰通信和高精度环境感知，提高了通信感知一体化系统的频谱效率。

技术领域

本发明属于6G无线接入网演进以及通信感知一体化信号设计、信号处理和波束赋形领域，尤其涉及一种基于双时间尺度的通信感知一体化信号处理方法。

背景技术

通信感知一体化(integrated sensing and communication,ISAC)作为6G的一个新兴研究领域，引起了各界广泛的研究兴趣。一般来说，ISAC可以基于单站或者双站两种架构实现。对于单站ISAC，通信基站或者用户同时作为通信/感知信号的发送端，以及雷达感知的接收端。在这种情况下，通信和感知往往具有不同的信道，因此需要各自独立分析，难以实现通信和感知互惠。另一方面，对于双站ISAC架构，在传统通信的过程中，接收端可基于收到的多径信号进行环境感知，因此通信和感知共享同一信道。特别地，当信号频段逐步向毫米波、太赫兹波段迈进，信道具有稀疏性，并呈现出一定的几何特性，环境感知和通信信道估计可以相互结合，实现互惠。

另一方面，对于双站ISAC而言，尽管可以认为通信和感知共享同一信道，但通信和感知各自感兴趣的信道参数却有着不同的时间变化尺度。对于通信而言，需要估计由所有路径叠加而成的时频信道增益或信道脉冲响应(channel impulse response,CIR)，其往往在毫秒(millisecond,ms)级变动。然而，对于感知而言，最感兴趣的是各路径对应散射体的状态信息(如角度、时延、多普勒频率)。相对于CIR，其往往变化得较慢，通常可以认为在几十甚至几百个毫秒内保持不变。因此，可以在不同时间尺度上进行通信和感知信号处理。

传统通信波形，如正交频分复用(orthogonal frequency divisionmultiplexing,OFDM)在低频低速场景中具有很好的性能。然而，对于毫米波等高频段，以及高速场景，信道的多普勒频偏愈发严重，严重降低了OFDM的通信和感知性能。另一方面，OFDM受限于高峰均功率比(peak-to-average-power ratio,PAPR)和低发送能量，严重制约了其在通信感知一体化系统中的性能。

发明内容

本发明目的在于利用通信和感知的双时间尺度，，提供一种基于双时间尺度的通信感知一体化信号处理方法,以解决基于环境感知，解决高速移动场景下通信感知一体化系统中信道估计复杂度高、开销大的问题，以及传统OFDM信号峰均比过高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

一种基于双时间尺度的通信感知一体化信号处理方法，包括以下步骤：

步骤1、根据先验的信道和环境信息，划分通信感知一体化系统中信道的双时间尺度，其中一个环境状态不变时间内包含多个信道相干时间；对于通信，信道相干时间是指信道脉冲响应在该时间内保持不变；对于感知，环境状态不变时间是指各路径对应散射体的状态信息包括角度、时延和多普勒频率在该时间内保持不变。

步骤2、根据步骤1中的双时间尺度划分，利用信道中散射体的状态信息在多个连续信道相干时间内保持不变的特性，联合多个信道相干时间内接收到的导频信号，利用信道的稀疏性，基于分布式压缩感知算法，进行信道估计和环境感知，估计各路径时延、到达角度和信道复增益；

步骤3、根据估计到的各路径时延和信道复增益，在各个信道相干时间内，对接收到的多径信号进行逐路径时延补偿和接收波束赋形，解调通信信号；