一种基于压缩感知的通感一体化系统

本发明涉及无线通信，尤其涉及一种基于压缩感知的通感一体化系统。

背景技术：

1、从1g开始到5g，通信和感知是两个独立的模块。在4g中雷达负责测速和感知成像，通信系统也只用来通信。将两个系统分离开的问题就在会造成无线频谱上和硬件上的浪费，同时分开的系统也会带来较高的时延。在6g时代后，通信频谱迈向了毫米波、太赫兹，后面将通信的频谱与传统的感知频谱重合，这使得两个独立系统无法满足日益发展的需求。

2、传统的信号获取和处理流程为：采样、压缩、传输、解压缩四个部分，而且采样时必须满足奈奎斯特采样定理，以这种方式对信号进行采样的数据量大，将采样与压缩独立分开，又会造成大量的传感元、时间和存储的空间。

3、因此，本发明提出一种基于压缩感知的通感一体化系统，将通信感知一体化与压缩感知相融合，系统结构简单，通信和感知性能好，对模数转换器的性能需求低，利用信号的稀疏性，在实现高速率通信的同时，以低数据量恢复出高精度信号，完成高精度采样。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于压缩感知的通感一体化系统，将通信感知一体化与压缩感知相融合，使系统结构简单，通信和感知性能好，对模数转换器的性能需求低，利用信号的稀疏性，在实现高速率通信的同时，以低数据量恢复出高精度信号，完成高精度采样。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于压缩感知的通感一体化系统，包括通信与感知两部分；在通信部分，经过i/q调制器调制后的一体化信号通过光耦合器与激光器进行耦合，随后被分为两路信号；其中，一路在通过电放大器后由发射端发射至自由空间，通过接收器接收后进行下降频，最后对信号进行解调；

3、另外一路用于感知部分，在与接触到测量目标后所返回的回波信号进行混频后，通过第一个马赫-曾德尔调制器调制至光载波上，随后通过加入伪随机序列实现扩频；最后，信号通过光电二极管进行拍频，拍频后产生的电信号在经过采样后由离线端完成信号重构恢复。

4、优选的，通过matlab进行数字信号处理，产生qpsk通信信号和lfm雷达感知信号，使用数模转换器件将其转换为模拟信号。

5、优选的，转换后的模拟信号用于驱动i/q调制器。

6、优选的，将调制后的信号通过光保偏耦合器与外腔激光器耦合，将耦合后的信号通过光电二极管进行拍频。

7、优选的，在通信部分，通过本机振荡器与信号进行混频，使信号降频到中频域；将产生的中频信号通过模数转化器转换为数字信号，再经过数字信号处理进行qpsk信号恢复。

8、优选的，在雷达感知部分，经过频分复用调制后的一体化信号通过电分束器分为上下两束，上面一束信号从发射端发射到空间之中，由接收端接收回波信号。

9、优选的，通过将回波信号与下束信号进行混频去斜，得到一个单频信号，用该单频信号驱动第一个马赫-曾德尔调制器，用伪随机序列驱动第二个马赫-曾德尔调制器，之后对调制后的信号进行拍频和滤波，实现对去斜信号的亚奈奎斯特采样过程。

10、优选的，通过正交匹配追踪算法对采样信号进行重构，得到原始信号。

11、因此，本发明采用上述一种基于压缩感知的通感一体化系统，有益效果如下：

12、(1)采用压缩感知技术，并通过引入伪随机序列(prbs)完成对去斜信号的混频，然后进行滤波和亚采样，最终使用正交匹配追踪重构算法对低频信号进行高精度的恢复重构；与传统奈奎斯特采样方式相比，本发明可以使用更低采样率的模数转换器实现高精度的感知测距。

13、(2)通过离线端生成qpsk-lfm和16qam-lfm一体化信号，该过程采用频分复用的调制方式，同时将通信与感知信号的功率比设置为最佳比例，在实现高速率、高质量通信的同时完成高精度测距，使通信和感知处于最佳共存状态；本发明提出的方案系统架构简单，且生成的通感一体化信号可提高频谱利用率。

14、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种基于压缩感知的通感一体化系统，其特征在于：包括通信与感知两部分；在通信部分，经过i/q调制器调制后的一体化信号通过光耦合器与激光器进行耦合，随后被分为两路信号；其中，一路在通过电放大器后由发射端发射至自由空间，通过接收器接收后进行下降频，最后对信号进行解调；

2.根据权利要求1所述的一种基于压缩感知的通感一体化系统，其特征在于：通过matlab进行数字信号处理，产生qpsk通信信号和lfm雷达感知信号，使用数模转换器件将其转换为模拟信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于压缩感知的通感一体化系统，其特征在于：转换后的模拟信号用于驱动i/q调制器。

4.根据权利要求3所述的一种基于压缩感知的通感一体化系统，其特征在于：将调制后的信号通过光保偏耦合器与外腔激光器耦合，将耦合后的信号通过光电二极管进行拍频。

5.根据权利要求4所述的一种基于压缩感知的通感一体化系统，其特征在于：在通信部分，通过本机振荡器与信号进行混频，使信号降频到中频域；将产生的中频信号通过模数转化器转换为数字信号，再经过数字信号处理进行qpsk信号恢复。

6.根据权利要求4所述的一种基于压缩感知的通感一体化系统，其特征在于：在雷达感知部分，经过频分复用调制后的一体化信号通过电分束器分为上下两束，上面一束信号从发射端发射到空间之中，由接收端接收回波信号。

7.根据权利要求5所述的一种基于压缩感知的通感一体化系统，其特征在于：通过将回波信号与下束信号进行混频去斜，得到一个单频信号，用该单频信号驱动第一个马赫-曾德尔调制器，用伪随机序列驱动第二个马赫-曾德尔调制器，之后对调制后的信号进行拍频和滤波，实现对去斜信号的亚奈奎斯特采样过程。

8.根据权利要求7所述的一种基于压缩感知的通感一体化系统，其特征在于：通过正交匹配追踪算法对采样信号进行重构，得到原始信号。

技术总结
本发明公开了一种基于压缩感知的通感一体化系统，包括通信与感知两部分，在通信部分，经过I/Q调制器调制后的信号通过光耦合器与激光器进行耦合，随后被分为两路信号；一路通过电放大器由发射端发射至自由空间，通过接收器接收后进行下降频，最后对信号进行解调；另外一路用于感知部分，在与接触到测量目标后返回的回波信号进行混频后，通过第一个MZM调制至光载波上，随后通过加入伪随机序列实现扩频；最后，信号通过光电二极管进行拍频，产生的电信号在经过采样后由离线端完成信号重构恢复。本发明采用上述一种基于压缩感知的通感一体化系统，结构简单，通信和感知性能好，利用信号的稀疏性，以低数据量恢复出高精度信号，完成高精度采样。

技术研发人员：赵峰,王琎
受保护的技术使用者：西安邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5