用于边缘集成传感与通信系统收发器的毫米波前端

《IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine》：Millimeter Wave Frontend for Integrated Sensing and Communication System Transceiver on Edge

端到端IEEE 802.11ad ISAC基带原型系统设计，融合毫米波前端与雷达定位功能，通过共享波形/频谱实现免对齐通信，分析多场景下雷达性能与通信吞吐量互馈关系，硬件失真场景仍达34%吞吐量增益。

　　

摘要：

IEEE 802.11ad标准采用模拟波束成形技术，在毫米波（mmWave）频谱范围内实现与移动用户（MU）的高速定向通信。然而，基站（BS）与移动用户之间进行波束对齐的过程中需要传输大量数据包，这会导致较大的开销，从而降低整体吞吐量。以往的研究提出了基于802.11ad的集成感知与通信（ISAC）基站收发器，以消除耗时的波束对齐过程。在这种方案中，雷达和通信功能共享相同的波形、频谱以及毫米波前端（MFE），并具有相同的空间视场。雷达能够检测并定位移动用户，从而实现后续的定向通信。本研究开发了一种端到端的基于IEEE 802.11ad的ISAC基站收发器原型，其中边缘端的数字基带硬件前端与基于Simulink的毫米波前端实现了集成。该原型能够针对不同的无线信道、目标运动情况、信噪比以及硬件配置等因素，进行系统的链路预算分析和详细的性能评估。我们还研究了这些因素对雷达性能以及通信指标的影响，因为在ISAC系统中，两个系统的性能是相互关联的。实验结果表明，即使存在硬件缺陷，基于802.11ad的ISAC系统也能比标准方案（配备理想毫米波前端）实现高达34%的吞吐量提升。