随着5G时代的到来，无线通信设备数量呈现爆炸式增长趋势。在这一背景下，全球通信产业对无线频谱的需求日益迫切。根据报道，到2025年全世界将有超过750亿互联设备。这使得发掘额外的频谱资源迫在眉睫。为缓解这一矛盾，未来的通信系统将要探索与其他电子设备在同一频段下共存的可行性。其中，雷达频段被广泛认为是实现这一目的的最佳候选频段之一。雷达起源于20世纪上半叶两次世界大战期间。经过数十年的发展，现代雷达系统已在全球范围内部署，并被应用于气象预报、警戒监视和航空导航等多个领域。目前，在10 GHz频段以下，L波段（1～2 GHz）、S波段（2～4 GHz）和C波段（4～8 GHz）主要被大量军用或民用雷达系统所占据。然而，这些频段在未来将有可能容纳更多的蜂窝通信系统和Wi-Fi系统[5]。在更高频段，5G毫米波通信频段与车载毫米波雷达的工作频段十分接近。随着无线通信技术的进一步发展，将有越来越多的雷达频段受到干扰。从历史发展来看，雷达与通信系统向小型化以及更高频段不断演进。目前，在毫米波频段，现有雷达与通信系统的硬件架构、信道特性以及信号处理方法已经十分接近。从民用角度看，有相当一部分5G/B5G新兴应用需要进行感知与通信联合设计，例如智慧城市、智慧家庭等物联网应用，以及车联网、自动驾驶等智能交通应用。从军用角度看，雷达、通信、电子战等无线射频系统的发展长期以来呈现相互割裂、各自为政的状态，消耗了大量频谱与硬件资源，降低了作战平台的效能。为高效利用频谱资源，并服务于多种民用与军用新兴应用场景，雷达与通信的频谱共享（Radar and Communication Spectrum Sharing, RCSS）近期引起了学界和工业界的高度关注。
总体而言，RCSS技术包含两条研究路径：(1)雷达与通信频谱共存（Radar-Communication Coexistence，RCC）；(2)雷达通信一体化（Dual-Functional Radar-Communication system, DFRC）。其中，前者考虑的是分立的雷达与通信系统共用同一频谱，如何设计行之有效的干扰消除与管理技术来实现两者的互不干扰。后者则考虑的是雷达与通信系统除了共享同一频谱外，还共用同一硬件平台，如何设计一体化信号处理方案来同时实现通信与雷达感知功能。值得一提的是，DFRC技术的内涵及应用已远远不止于对频谱利用率的提升，而是被进一步拓展至包括车联网，室内定位和隐蔽通信在内的多种新兴的民用及军用场景。
图1. RCSS技术的两条研究路径
刘凡博士的主要研究方向包括雷达通信频谱共享及其一体化设计，以及雷达通信一体化在5G/B5G车联网中的应用。近五年来，已在该方向积累了丰富的学术成果。在雷达通信频谱共享方面，突破了传统雷达与通信频谱共享技术中需要进行信息互换的传统思路，结合雷达的工作模式，提出直接在通信端接收雷达探测信号进行雷达-通信干扰信道估计以及一种通信基站端的有益干扰预编码方法；在雷达通信一体化设计方面，挖掘雷达与通信系统工作模式中的相似性，提出了毫米波雷达通信一体化体系架构及传输协议，实现了雷达与通信在多个层次上的高度统一；最后，在车联网雷达通信一体化方面，利用毫米波大规模天线阵列作为车联网路边单元，提出一种雷达通信一体化传输框架，以同时实现车联网中的通信与定位服务。基于前期的研究积累，刘凡博士联合澳洲新南威尔士大学、澳洲悉尼科技大学和北京理工大学等多位本领域专家学者，针对这一重要课题进行了系统性的综述。该综述工作已发表在《雷达学报》网络优先出版的“雷达通信频谱共享及一体化：综述与展望”（刘凡，袁伟杰，原进宏，张健，费泽松，周建明）。
论文简介
该文围绕雷达与通信频谱共享的两种解决方案：（1） 雷达与通信系统的同频共存；（2） 雷达通信一体化系统设计，进行了深入而系统的综述。具体而言，该文介绍了RCSS雷达通信共存的实例以及雷达通信一体化传输的应用场景，总结了RCC与DFRC技术的核心研究问题及亟待解决的挑战，全面综述了RCC与DFRC的最新研究进展，最后，给出了未来的研究方向。了解详细内容请点击最下面阅读原文或扫描下方原文二维码。↓↓↓