本發(fā)明涉及無線通信，尤其涉及一種基于壓縮感知的通感一體化系統(tǒng)。

背景技術：

1、從1g開始到5g，通信和感知是兩個獨立的模塊。在4g中雷達負責測速和感知成像，通信系統(tǒng)也只用來通信。將兩個系統(tǒng)分離開的問題就在會造成無線頻譜上和硬件上的浪費，同時分開的系統(tǒng)也會帶來較高的時延。在6g時代后，通信頻譜邁向了毫米波、太赫茲，后面將通信的頻譜與傳統(tǒng)的感知頻譜重合，這使得兩個獨立系統(tǒng)無法滿足日益發(fā)展的需求。

2、傳統(tǒng)的信號獲取和處理流程為：采樣、壓縮、傳輸、解壓縮四個部分，而且采樣時必須滿足奈奎斯特采樣定理，以這種方式對信號進行采樣的數(shù)據(jù)量大，將采樣與壓縮獨立分開，又會造成大量的傳感元、時間和存儲的空間。

3、因此，本發(fā)明提出一種基于壓縮感知的通感一體化系統(tǒng)，將通信感知一體化與壓縮感知相融合，系統(tǒng)結構簡單，通信和感知性能好，對模數(shù)轉換器的性能需求低，利用信號的稀疏性，在實現(xiàn)高速率通信的同時，以低數(shù)據(jù)量恢復出高精度信號，完成高精度采樣。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于壓縮感知的通感一體化系統(tǒng)，將通信感知一體化與壓縮感知相融合，使系統(tǒng)結構簡單，通信和感知性能好，對模數(shù)轉換器的性能需求低，利用信號的稀疏性，在實現(xiàn)高速率通信的同時，以低數(shù)據(jù)量恢復出高精度信號，完成高精度采樣。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于壓縮感知的通感一體化系統(tǒng)，包括通信與感知兩部分；在通信部分，經(jīng)過i/q調制器調制后的一體化信號通過光耦合器與激光器進行耦合，隨后被分為兩路信號；其中，一路在通過電放大器后由發(fā)射端發(fā)射至自由空間，通過接收器接收后進行下降頻，最后對信號進行解調；

3、另外一路用于感知部分，在與接觸到測量目標后所返回的回波信號進行混頻后，通過第一個馬赫-曾德爾調制器調制至光載波上，隨后通過加入偽隨機序列實現(xiàn)擴頻；最后，信號通過光電二極管進行拍頻，拍頻后產(chǎn)生的電信號在經(jīng)過采樣后由離線端完成信號重構恢復。

4、優(yōu)選的，通過matlab進行數(shù)字信號處理，產(chǎn)生qpsk通信信號和lfm雷達感知信號，使用數(shù)模轉換器件將其轉換為模擬信號。

5、優(yōu)選的，轉換后的模擬信號用于驅動i/q調制器。

6、優(yōu)選的，將調制后的信號通過光保偏耦合器與外腔激光器耦合，將耦合后的信號通過光電二極管進行拍頻。

7、優(yōu)選的，在通信部分，通過本機振蕩器與信號進行混頻，使信號降頻到中頻域；將產(chǎn)生的中頻信號通過模數(shù)轉化器轉換為數(shù)字信號，再經(jīng)過數(shù)字信號處理進行qpsk信號恢復。

8、優(yōu)選的，在雷達感知部分，經(jīng)過頻分復用調制后的一體化信號通過電分束器分為上下兩束，上面一束信號從發(fā)射端發(fā)射到空間之中，由接收端接收回波信號。

9、優(yōu)選的，通過將回波信號與下束信號進行混頻去斜，得到一個單頻信號，用該單頻信號驅動第一個馬赫-曾德爾調制器，用偽隨機序列驅動第二個馬赫-曾德爾調制器，之后對調制后的信號進行拍頻和濾波，實現(xiàn)對去斜信號的亞奈奎斯特采樣過程。

10、優(yōu)選的，通過正交匹配追蹤算法對采樣信號進行重構，得到原始信號。

11、因此，本發(fā)明采用上述一種基于壓縮感知的通感一體化系統(tǒng)，有益效果如下：

12、(1)采用壓縮感知技術，并通過引入偽隨機序列(prbs)完成對去斜信號的混頻，然后進行濾波和亞采樣，最終使用正交匹配追蹤重構算法對低頻信號進行高精度的恢復重構；與傳統(tǒng)奈奎斯特采樣方式相比，本發(fā)明可以使用更低采樣率的模數(shù)轉換器實現(xiàn)高精度的感知測距。

13、(2)通過離線端生成qpsk-lfm和16qam-lfm一體化信號，該過程采用頻分復用的調制方式，同時將通信與感知信號的功率比設置為最佳比例，在實現(xiàn)高速率、高質量通信的同時完成高精度測距，使通信和感知處于最佳共存狀態(tài)；本發(fā)明提出的方案系統(tǒng)架構簡單，且生成的通感一體化信號可提高頻譜利用率。

14、下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。

技術特征：

1.一種基于壓縮感知的通感一體化系統(tǒng)，其特征在于：包括通信與感知兩部分；在通信部分，經(jīng)過i/q調制器調制后的一體化信號通過光耦合器與激光器進行耦合，隨后被分為兩路信號；其中，一路在通過電放大器后由發(fā)射端發(fā)射至自由空間，通過接收器接收后進行下降頻，最后對信號進行解調；

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于壓縮感知的通感一體化系統(tǒng)，其特征在于：通過matlab進行數(shù)字信號處理，產(chǎn)生qpsk通信信號和lfm雷達感知信號，使用數(shù)模轉換器件將其轉換為模擬信號。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于壓縮感知的通感一體化系統(tǒng)，其特征在于：轉換后的模擬信號用于驅動i/q調制器。

4.根據(jù)權利要求3所述的一種基于壓縮感知的通感一體化系統(tǒng)，其特征在于：將調制后的信號通過光保偏耦合器與外腔激光器耦合，將耦合后的信號通過光電二極管進行拍頻。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于壓縮感知的通感一體化系統(tǒng)，其特征在于：在通信部分，通過本機振蕩器與信號進行混頻，使信號降頻到中頻域；將產(chǎn)生的中頻信號通過模數(shù)轉化器轉換為數(shù)字信號，再經(jīng)過數(shù)字信號處理進行qpsk信號恢復。

6.根據(jù)權利要求4所述的一種基于壓縮感知的通感一體化系統(tǒng)，其特征在于：在雷達感知部分，經(jīng)過頻分復用調制后的一體化信號通過電分束器分為上下兩束，上面一束信號從發(fā)射端發(fā)射到空間之中，由接收端接收回波信號。

7.根據(jù)權利要求5所述的一種基于壓縮感知的通感一體化系統(tǒng)，其特征在于：通過將回波信號與下束信號進行混頻去斜，得到一個單頻信號，用該單頻信號驅動第一個馬赫-曾德爾調制器，用偽隨機序列驅動第二個馬赫-曾德爾調制器，之后對調制后的信號進行拍頻和濾波，實現(xiàn)對去斜信號的亞奈奎斯特采樣過程。

8.根據(jù)權利要求7所述的一種基于壓縮感知的通感一體化系統(tǒng)，其特征在于：通過正交匹配追蹤算法對采樣信號進行重構，得到原始信號。

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于壓縮感知的通感一體化系統(tǒng)，包括通信與感知兩部分，在通信部分，經(jīng)過I/Q調制器調制后的信號通過光耦合器與激光器進行耦合，隨后被分為兩路信號；一路通過電放大器由發(fā)射端發(fā)射至自由空間，通過接收器接收后進行下降頻，最后對信號進行解調；另外一路用于感知部分，在與接觸到測量目標后返回的回波信號進行混頻后，通過第一個MZM調制至光載波上，隨后通過加入偽隨機序列實現(xiàn)擴頻；最后，信號通過光電二極管進行拍頻，產(chǎn)生的電信號在經(jīng)過采樣后由離線端完成信號重構恢復。本發(fā)明采用上述一種基于壓縮感知的通感一體化系統(tǒng)，結構簡單，通信和感知性能好，利用信號的稀疏性，以低數(shù)據(jù)量恢復出高精度信號，完成高精度采樣。

技術研發(fā)人員：趙峰,王琎
受保護的技術使用者：西安郵電大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/5