Effiziente Integration von Sensorik und Kommunikation durch Zak-OTFS-Modulation

Khái niệm cốt lõi

Die Zak-OTFS-Modulation ermöglicht eine effiziente Integration von Sensorik und Kommunikation, indem sie die Eigenschaften des Übertragungskanals in der Verzögerungs-Doppler-Domäne nutzt. Durch die Verwendung unterschiedlicher Gitter für Sensorik und Kommunikation kann die Leistung des Pilotensignals so angepasst werden, dass eine kohärente Integration ohne Zeitaufteilung der Verzögerungs-Doppler-Ressourcen möglich ist.

Tóm tắt

Der Artikel beschreibt ein Verfahren zur effizienten Integration von Sensorik und Kommunikation in Zak-OTFS-Modulationssystemen.
Zunächst wird das Zak-OTFS-Modulationsverfahren erläutert, bei dem Informationssymbole auf einem Gitter in der Verzögerungs-Doppler-Domäne übertragen werden. Es wird gezeigt, dass im kristallinen Regime, in dem die Kanalbedingungen erfüllt sind, die Übertragungsfunktion des Kanals einfach aus der Antwort auf ein einzelnes Zak-OTFS-Pulsone abgelesen werden kann.
Anschließend werden die Herausforderungen bei der Verwendung eines punktförmigen Pilotsignals diskutiert. Dieses Pilotsignal hat eine hohe Spitze-Durchschnittsleistung und führt zu Interferenz zwischen Daten- und Pilotsignalen, was die Schätzung der Kanalübertragungsfunktion erschwert.
Um diese Probleme zu lösen, wird ein Verfahren zum Spreizen des Pilotsignals über das gesamte Verzögerungs-Doppler-Gitter vorgestellt. Dazu wird ein diskreter Verzögerungs-Doppler-Domänenfilter verwendet, der das Pilotsignal so verteilt, dass jedes Pulsone nur einen Bruchteil der Gesamtleistung trägt. Dadurch wird die Spitze-Durchschnittsleistung deutlich reduziert und die Interferenz zwischen Daten- und Pilotsignalen vermieden.
Es wird gezeigt, dass die Schätzung der Kanalübertragungsfunktion aus der Kreuzambiguitätsfunktion zwischen dem empfangenen gespreizt Pilotsignal und dem gesendeten gespreizt Pilotsignal möglich ist. Wenn der Kanal zusätzlich die Kristallisationsbedingungen bezüglich des Informationsgitters erfüllt, kann nach Unterdrückung des Pilotsignals die Kanalübertragungsfunktion für jedes Datenpulsone rekonstruiert werden.
Schließlich wird erläutert, wie die Integration von Sensorik und Kommunikation in einem einzigen Zak-OTFS-Unterrahmen durch die Verwendung unterschiedlicher Gitter für Daten und Sensorik erreicht wird. Dadurch kann die Leistung des Pilotsignals so angepasst werden, dass eine kohärente Integration ohne Zeitaufteilung der Verzögerungs-Doppler-Ressourcen möglich ist.

Thống kê

Die Verzögerungsausbreitung des Veh-A Kanals beträgt τmax = 2,5 μs.
Die Dopplerausbreitung des Veh-A Kanals beträgt 2 × 0,815 = 1,63 kHz.

Trích dẫn

"Die Zak-OTFS I/O-Beziehung ist vorhersagbar und nicht-ausblendend, wenn die Verzögerungs- und Dopplerperioden größer sind als die effektive Kanalverzögerung und Dopplerausbreitung, eine Bedingung, die wir als Kristallisationsbedingung bezeichnen."
"Die Filterkoeffizienten können einfach aus der Antwort auf ein einzelnes Zak-OTFS-Punktpulsone abgelesen werden, und die I/O-Beziehung kann für ein abgetastetes System rekonstruiert werden, das unter Beschränkungen der endlichen Dauer und Bandbreite arbeitet."

Thông tin chi tiết chính được chắt lọc từ

Zak-OTFS for Integration of Sensing and Communication

by Muhammad Uba... lúc arxiv.org 04-08-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.04182.pdf

Yêu cầu sâu hơn

Wie kann das vorgestellte Verfahren zur Integration von Sensorik und Kommunikation in anderen Anwendungsszenarien, wie z.B. der Radartechnik, eingesetzt werden

Das vorgestellte Verfahren zur Integration von Sensorik und Kommunikation kann in der Radartechnik eingesetzt werden, insbesondere im passiven Radar. Passive Radars nutzen vorhandene, nicht kooperative Quellen von Funksignalen, um Reflexionen von der Umgebung und Zielen von Interesse zu messen. Durch die Gestaltung des Illuminators in einem passiven Radar als geometrischen Modus der Radarszene, beispielsweise als verbreiteter Puls, kann eine einfache Erfassung der Radarszene erfolgen. Dies vereinfacht die Akquisition der Szene im Vergleich zu herkömmlichen Radarsystemen. Die rauschähnlichen Eigenschaften des verbreiteten Pulses erhöhen zudem den Anteil der Energie am Ziel. Durch die Integration von Sensorik und Kommunikation in einem System können passive Radars effizienter betrieben werden und eine bessere Leistung erzielen.

Welche Auswirkungen haben Abweichungen von den Kristallisationsbedingungen auf die Leistungsfähigkeit des integrierten Systems und wie können diese Auswirkungen minimiert werden

Abweichungen von den Kristallisationsbedingungen können die Leistungsfähigkeit des integrierten Systems beeinträchtigen, insbesondere in Bezug auf die Kanalschätzung und die Datenübertragung. Wenn die Kristallisationsbedingungen nicht erfüllt sind, kann dies zu unvorhersehbarem Verhalten des Systems führen, wie beispielsweise zu Fading-Effekten und ungenauen Kanalschätzungen. Um diese Auswirkungen zu minimieren, ist es wichtig, die Systemparameter sorgfältig zu optimieren und sicherzustellen, dass die Bedingungen für eine zuverlässige und vorhersagbare Leistung erfüllt sind. Dies kann durch eine präzise Kanalschätzung, Filterung und Signalverarbeitung erreicht werden, um sicherzustellen, dass das System unter den optimalen Bedingungen arbeitet.

Wie kann das Verhältnis zwischen Pilot- und Datensignalleistung optimiert werden, um eine effiziente Integration von Sensorik und Kommunikation zu erreichen

Das Verhältnis zwischen Pilot- und Datensignalleistung kann optimiert werden, um eine effiziente Integration von Sensorik und Kommunikation zu erreichen, indem das Pilot Power to Data Power Ratio (PDR) angepasst wird. Ein ausgewogenes Verhältnis zwischen der Leistung des Pilotensignals und der Datensignale ist entscheidend, um eine zuverlässige Kanalschätzung und Datenübertragung zu gewährleisten. Durch die Optimierung des PDR kann die Systemleistung verbessert werden, indem die Pilotensignale zur Kanalschätzung effektiv genutzt werden, ohne die Datenübertragung zu beeinträchtigen. Dies erfordert eine präzise Abstimmung der Sendeleistungen und eine sorgfältige Signalverarbeitung, um sicherzustellen, dass das System reibungslos und effizient funktioniert.