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陈晨,王伟任,万欣,等. 逆反射光通感一体化系统研究进展[J]. 光通信技术,2025,49(5):15-20.

逆反射光通感一体化系统研究进展

陈 晨,王伟任,万 欣,曾志宏,王登科

(重庆大学 微电子与通信工程学院,重庆 400030)

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摘要:为突破射频通感一体化(ISAC)系统的带宽瓶颈并提升光无线通信的传输距离与感知精度,系统研究了逆反射光通感一体化(RO-ISAC)系统,重点围绕信道建模、波形设计与双向传输机制展开分析。通过建立点光源与面光源感知信道模型,设计了脉冲序列感知-脉冲位置调制(PSS-PPM)、融合脉冲幅度调制(PAM)、限幅正交频分复用(OFDM)等多种通感融合波形,并提出了基于时分双工与波分双工的双向传输方案以抑制干扰。研究结果表明,RO-ISAC系统在室内、无人机及水下等多种典型场景中均可实现高精度感知与大容量通信,具备良好的应用前景。

关键词:逆反射光通感一体化;信道建模;波形设计;双向传输

中图分类号:TN256  文献标志码:文章编号:1002-5561(2025)05-0015-06

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2025.05.003

 

这篇文章详细阐述了逆反射光通感一体化系统(RO-ISAC)的研究进展,重点围绕信道建模、波形设计、双向传输机制以及典型应用场景展开分析。以下是对文件核心内容的结构化总结:

  1. RO-ISAC系统基本原理

    • 系统构成:RO-ISAC系统通过逆反射模块增强回波信号,实现通信与感知一体化。系统包括RO-ISAC收发端、目标端(配备逆反射模块)以及上下行通信链路。

    • 工作流程:下行信号经调制后传输至目标端,目标端通过逆反射模块将信号原路反射回收发端,实现感知功能;同时,上行信号通过独立链路传输至收发端。

    • 关键技术:包括强度调制/直接检测(IM/DD)、数模转换(D/A)、模数转换(A/D)以及互相关运算等。

  2. 信道建模

    • 点光源感知信道模型:适用于远距离定向传输系统,光束半功率角小,光信号集中。模型考虑了光信号发射角、目标侧入射角、PD有效探测面积等因素。

    • 面光源感知信道模型:适用于近距离覆盖式传输系统,光束半功率角大,光信号发散。模型需额外考虑LED面板中有效反射面积的比例。

    • 模型对比:点光源模型适用于远距离定向传输,面光源模型适用于近距离覆盖传输。

  3. 通感融合波形设计

    • PSS-PPM波形:采用单极性伪随机噪声码作为脉冲序列,感知能力强,能效高。

    • 融合PAM波形:由M个幅度不同的脉冲组成,通过权衡幅度差异与平均功率优化波形。

    • 限幅OFDM波形:对OFDM时域波形进行限幅处理,降低峰均功率比,改善传输性能。

    • 混合PAM/OFDM波形:PAM与OFDM符号按比例时域组合,实现通信与感知性能的灵活权衡。

    • OFDM内嵌MLS波形:将双极性零均值OFDM信号与双极性MLS信号叠加,实现通感性能的灵活折中。

  4. 双向传输

    • 时分双工(TDD):通过时间复用上下行信号,避免双向干扰,支持半双工传输。提出固定GI与自适应GI方案,提升系统总数据速率。

    • 波分双工(WDD):上下行链路采用不同波长光载波传输数据,通过光学滤波器分离信号,实现全双工传输,提高系统总数据速率。

    • 方案对比:TDD结构简单但总数据速率低,WDD结构复杂但总数据速率高。

  5. 应用场景

    • 室内场景:部署于天花板的LED/PD收发模块与配备CCR的目标终端实现被动定位,适用于智能交通、人机交互等领域。

    • 无人机场景:无人机搭载光源与PD,目标终端配备CCR及PD,实现三维定位与通信,适用于环境监测、灾害救援等场景。

    • 水下场景:设计角度分集CCR阵列结构,扩展等效FOV,增大有效感知范围;分析湍流对通信与感知性能的影响,适用于水下探测、资源开采等领域。

  6. 未来发展方向

    • 多目标联合通感:探索多用户接入与多目标感知的联合设计机制,满足实际应用需求。

    • 通感能一体化融合:引入太阳能电池或光伏器件,实现通信、感知与能量传输的功能融合,研究多功能一体化接收机结构。

    • 实际应用:针对室内光路遮挡、无人机高机动性、水下光信号高衰减等特性,优化系统设计,提升实际应用性能。

文章还列举了具体的研究成果数据,如通过调整限幅比(CR)实现通信与感知性能的折中,以及基于自适应GI的TDD方案提升系统总数据速率等,为RO-ISAC系统的进一步研究和应用提供了有力支持。