基于5G波形的基站测向感知研究

通信感知一体化技术利用无线信号实现对目标的定位、检测、成像和识别等感知功能，是未来6G通信最为核心的服务和应用之一。在5G通信网络中，通信感知技术可以让网络节点通过感知基站位置方向实现更为有效的协作和网络资源优化配置。本文围绕5G移动通信系统信号源的测向展开研究，将基于窄带发送信号的多径角估计算法推广到5G网络的OFDM系统中，提出了一种使用5G系统下行同步过程中主同步序列的自相关特性感知基站方向角的算法，并利用准确定性无线信道产生器在不同信噪比下对算法性能进行仿真。仿真结果表明，5G基站感知算法能够有效地确定基站和散射体相对于接收机的方向。

第五代移动通信技术(5G)在2020 年之后已经逐渐商用，其通信网络也已在全球范围内大规模部署[1]。随着经济社会向数字化、网络化、智能化转型，诞生了一大批以智慧城市、智慧交通、智能家居为代表的B5G/6G 时代的新兴应用场景。但是这些新兴业务对移动通信网络端到端的信息处理能力提出了更高的要求，其处理流程一般呈现出通信感知高度融合的特点： • 通信环节和感知环节在时空域交叠。

• 通信功能与感知功能相互影响。

• 感知能力和通信能力具有一致的大带宽频谱和大孔径天线的需求。

这些特点促进了现有无线网络架构和相关技术向资源高效利用、差异化应用智能适配的新型网络结构和使能技术转型，催生了通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication, ISAC)网络架构与相关技术的研究和发展[2]。通信感知一体化技术的核心理念是要让无线通信和无线感知两个独立的功能在同一系统中实现且相互增强，例如基站通过分析无线信号的直射、散射或反射信号对周围环境的属性和状态进行感知[3]，设计传输信号的预编码矩阵，更好地消除环境干扰。

位置信息的感知获取是通信感知一体化的关键技术之一。微型无线网设备和无人机数量的激增使得城市信号源的密度提升，借助密集部署的宏小区和小小区，基站在超密集环境中的覆盖无处不在[4]，这为位置感知技术的应用提供了便利的条件。在密集网络中提供位置信息的位置模块可以放置在基站处， 从而向导航工具提供从网络端发送位置信息的选择， 而不再依赖全球定位系统[5]。同时，5G 网络还可以通过感知获得的用户位置信息和环境地图提高密集城市网络中的通信吞吐量[6]。针对5G 网络内物体的有效位置信息中方向信息的获取， 目前有专家利用5G 毫米波(Millimeter Wave, mmWave)信道的稀疏特性估计信号角度[7] [8]，有的利用5G 新空口(New Radio, NR)系统中特殊的导频序列对方向角进行估计[9] [10]。本文则根据窄带信号的多径角估计算法，提出了适用于5G 网络OFDM 系统的多径角估计算法， 利用下行同步中主同步序列良好的自相关特性实现对5G 基站方向角的估计。

本文后续章节安排如下：章节2 介绍5G 通信系统中的下行同步过程；章节3 介绍多径角估计算法的理论模型及仿真结果，章节4 介绍基于多径角估计算法的5G 基站测向算法，章节5 总结全文的主要成果。