Результаты эксперимента бистатической радиолокации на базе OFDM-сигнала синхронизации 5G

Введение. Ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM) стало популярной схемой широкополосной цифровой связи. Результаты исследований применения новых телекоммуникационных сигналов, в том числе сигналов, синтезированных на основе стандарта 5G, для использования в бистатической радиолокации показывают возможность обеспечения высокого разрешения по дальности и скорости. В отличие, например, от сигнала цифрового видеовещания на земле (DVB-T), передача 5G зависит от спроса пользователей. При отсутствии активных пользователей сигнал нисходящей линии 5G включает в себя только блок сигнала синхронизации (SSB), который присутствует постоянно. Исследование возможности применения блока синхронизации 5G в бистатической радиолокации, позволяющего осуществлять радиолокационный мониторинг на территориях, где использование 5G среди населения еще не получило достаточного развития, является на сегодняшний день актуальной задачей.

Цель работы. Анализ сигнала синхронизации 5G, моделирование процесса обработки сигналов в бистатической РЛС и оценка результатов экспериментальных исследований.

Материалы и методы. В процессе исследования использовались основы теории обработки сигналов в бистатической РЛС, стандарт и структура блок-сигнала синхронизации 5G, сравнительный анализ. Расчет взаимной функции неопределенности бистатической РЛС проведен с помощью компьютерного моделирования в среде MATLAB и экспериментальных исследований в реальной обстановке. В качестве объекта наблюдения был использован легковой автомобиль (Hyundai ix35). Прием и запись сигналов осуществлялись с помощью платформы Ettus USRP B210 SDR.

Результаты. Проведены моделирование и экспериментальные исследования в зоне покрытия сигналом 5G, результаты которых показывают, что бистатическая РЛС с использованием блока сигнала синхронизации 5G способна обнаруживать движущиеся цели.

Заключение. Блок сигнала синхронизации 5G позволяет получить удовлетворительные результаты при определении дальности, но возникают трудности с однозначным измерением скорости. В дальнейшем для устранения неоднозначности при измерении скорости предполагается использовать двухэтапный сигнал, синтезированный на основе OFDM, с различным периодом повторения синхросигналов с последующей мультипликативной обработкой. Бистатическая РЛС на основе SSB 5G может стать одной из подсистем мониторинга транспортных средств.

1. Mazurek G. Signal conditioning for DAB-illuminated passive radar // Signal Processing Symp. (SPSympo), LODZ, Poland, 20–23 Sept. 2021. IEEE, 2021. P. 193–196. doi: 10.1109/SPSympo51155.2020.9593458

2. DVB-T Receiver Independent of Channel Allocation, With Frequency Offset Compensation for Improving Resolution in Low Cost Passive Radar / P.-J. Gómez-delHoyo, M.-P. Jarabo-Amores, D. Mata-Moya, N. delRey-Maestre, M. Rosa-Zurera // IEEE Sensors J. 2020. Vol. 20, № 24. P. 14958–14974. doi: 10.1109/JSEN.2020.3011129

3. Sun H., Chia L. G., Razul S. G. Through-Wall Human Sensing with WiFi Passive Radar // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2021. Vol. 57, № 4. P. 2135–2148. doi: 10.1109/TAES.2021.3069767

4. Exploitation of Long Coherent Integration Times to Improve Drone Detection in DVB-S based Passive Radar / T. Martelli, O. Cabrera, F. Colone, P. Lombardo // IEEE Radar Conf. (RadarConf20), Florence, Italy, 21–25 Sept. 2020. IEEE, 2020. P. 1–6. doi: 10.1109/RadarConf2043947.2020.9266624

5. LTE-based passive radars and applications: a review / P. K. Rai, A. Kumar, M. Z. A. Khan, L. R. Cenkeramaddi // Intern. J. of Remote Sensing. 2021. Vol. 42, iss. 19. P. 7489–7518. doi: 10.1080/01431161.2021.1959669

6. Пассивная когерентная радиолокация / А. В. Бархатов, В. И. Веремьев, Е. Н. Воробьев, А. А. Коновалов, Д. А. Ковалев, В. М. Кутузов, В. Н. Михайлов. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2016. 163 с.

7. Griffiths H. D., Baker C. J. An introduction to passive radar. London: Artech House, 2017. 215 p.

8. 5G physical layer: Principles, Models and Technology Components / A. Zaidi, F. Athley, J. Medbo, U. Gstavsson, G. Durisi, X. Chen. Cambridge: Academic Press, 2018. 322 p. doi: 10.1016/C2017-0-01973-0

9. 3GPP: 5G; NR; Physical layer procedures for control, ETSI TS 138 213 v15.15.0. URL: https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/138200_138299/138213/15.15.00_60/ts_138213v151500p.pdf (дата обращения 15.01.2025)

10. 3GPP: 5G; NR; Radio Resource Control (RRC); protocol specification, ETSI TS 138 331 v15.15.0. URL: https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/138300_138399/138331/15.15.00_60/ts_138331v151500p.pdf (дата обращения 02.02.2025)

11. 3GPP: Physical channels and modulation. 3GPP TS 38.211 version 18.2.0 Release 18. URL: https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/138200_138299/138211/18.02.00_60/ts_138211v180200p.pdf (дата обращения 02.02.2025).

12. 3GPP: Base station (BS) radio transmission and reception, TS 38.104 URL: https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/138100_138199/138104/16.06.00_60/ts_138104v160600p.pdf (дата обращения 02.02.2025)

13. 3GPP TR 38.901 ver. 16.1.0 Release 16. URL: https://www.etsi.org/deliver/etsi_tr/138900_138999/138901/16.01.00_60/tr_138901v160100p.pdf (дата обращения 02.02.2025).

14. Нгуен В. Т., Кутузов В. М., Воробьев Е. Н. Моделирование алгоритмов обработки в полуактивной радиолокационной системе с использованием сигнала 5G // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2024. Т. 27, № 6. С. 44–54. doi: 10.32603/1993-8985-2024-27-6-44-54.

15. Abratkiewicz K., Malanowski M., Gajo Z. Target Acceleration Estimation in Active and Passive Radars // IEEE J. of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2023. Vol. 16. P. 9193–9206. doi: 10.1109/JSTARS.2023.3319829