【5G ISAC前沿】多普勒模糊消除新方案:解锁通信与感知协同最优【附MATLAB代码】

【5G ISAC前沿】多普勒模糊消除新方案:解锁通信与感知协同最优

一、摘要

针对5G融合感知与通信(ISAC)技术在高速目标场景下易出现多普勒模糊的核心问题,本研究提出基于定位参考信号(PRS)与物理下行共享信道(PDSCH)解调参考信号(DMRS)联合感知的创新方案。该方案无需修改基站配置、符合3GPP标准,通过打破PRS周期性结构抑制伪峰干扰,结合时频资源分配优化模型,实现了通信吞吐量与感知分辨率的帕累托最优。仿真验证表明,在4GHz载波、30kHz子载波间隔场景下,可准确识别高速目标多普勒频偏,仅需少量PRS资源即可达成通信与感知协同最优,为5G ISAC工程化落地提供低成本、高性能的解决方案,对智能交通、工业监测等场景具有重要实践价值。

二、引言

在工业4.0、智能网联汽车等新兴场景的强力驱动下,融合感知与通信(ISAC)技术已成为下一代移动通信网络的核心发展方向。依托现有5G基础设施实现低成本、高性能的ISAC部署,既是业界关注的关键问题,也是推动相关场景规模化落地的核心诉求。当前,基于5G新空口(NR)信号的ISAC框架常采用PRS承担感知功能、PDSCH承担通信功能,但在目标高速移动场景中,PRS易出现严重多普勒频偏,导致周期图估计产生伪峰,引发多普勒模糊,直接干扰真实目标的速度检测,成为制约5G ISAC在高速场景应用的主要瓶颈。为此,研发高效的多普勒模糊消除方案,对突破技术瓶颈、拓展5G ISAC应用边界具有重要意义。

三、方法简介

本研究核心方案围绕"信号复用+资源优化"双维度展开:一是信号复用设计,创新性复用PDSCH中的DMRS与PRS联合完成感知任务,DMRS在保留原有信道估计和PDSCH解码核心功能的基础上,打破了PRS的周期性结构,可有效抑制伪峰干扰,在不降低检测精度和最大可检测多普勒频率的前提下,彻底消除多普勒模糊;二是资源分配优化,构建以通信吞吐量、距离分辨率和多普勒分辨率为核心目标的PRS与PDSCH时频资源分配模型,通过灵活权重设置适配不同应用场景需求,最终求解得到通信与感知性能的帕累托最优解,实现资源利用效率与综合性能的平衡。

四、结论

本研究提出的5G ISAC多普勒模糊消除方案,通过PRS与DMRS联合感知及资源优化设计,成功解决了高速目标场景下的多普勒模糊问题。该方案具备三大核心优势:一是兼容性强,无需修改基站配置、完全符合3GPP标准,可直接依托现有5G基础设施部署;二是性能优异,能准确识别高速目标多普勒频偏,保障感知精度与通信质量双提升;三是成本可控,无需额外频谱和硬件开销,仅需少量PRS资源即可实现协同最优。该技术为5G ISAC的工程化落地提供了新思路,有效拓展了其在智能交通、工业监测等高速场景的应用能力,推动ISAC技术向低成本、高性能的规模化应用方向发展。

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