[論文レビュー] 3D Channel Modeling between Seaborne MIMO Radar and MIMO Cellular System.

Awais Khawar, Ahmed Abdelhadi+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 16, 2015

Radar Systems and Signal Processing参考文献 17被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、海上MIMOレーダとMIMOセルラー通信システム間のスケジューリング共有を可能にする3次元空間的チャネルモデルを提案する。このモデルにより、チャネル行列のノルム空間にレーダ波形を投影することで、固有値ノルムベースの干渉低減が実現される。シミュレーションの結果、従来の空間的ノルムと比較して、固有値ノルムが干渉抑制において優れていることが示され、レーダのターゲット検出性能およびビームパターン分解能が向上する。

ABSTRACT

Spectrum sharing between radars and cellular systems is an emerging area of research. In this paper, we model channel between a seaborne MIMO radar and MIMO cellular system. We model a 2D channel to capture the azimuth aspect of the spectrum sharing scenario. Our channel modeling methodology allows MIMO radar to place accurate nulls in the azimuth location of base stations (BS), thus, protecting them from harmful radar interference. We use a projection based approach, where radar waveform is projected onto null space of channel, for mitigating radar interference to BSs. This is also known as an approach based on eigen-nulling which is different from spatial-nulling commonly employed by radars. We show through simulations that the proposed spatial channel model allows eigen-nulling which performs superior to traditional spatial-nulling for interference mitigation. The proposed channel model can be leveraged to use eigen-nulling that enhances target detection and beampattern resolution of MIMO radar while mitigating interference to BSs.

研究の動機と目的

• 共有スペクトル環境下における海上MIMOレーダがセルラー基地局に及ぼす有害干渉の課題に対処すること。
• スケジューリング共有に関連する方位および伝搬特性を捉える3次元空間的チャネルモデルの開発。
• 基地局向けのレーダエネルギーの正確なノルム化を可能にし、セルラーネットワークの干渉から保護すること。
• 固有値ノルムが従来の空間的ノルムと比較して干渉低減において果たす性能向上の調査。
• セルラーシステムとの共存を確保しつつ、MIMOレーダのターゲット検出性能およびビームパターン分解能の向上。

提案手法

• 海上MIMOレーダとMIMOセルラー基地局間の空間的伝搬特性を捉える3次元チャネルモデリングフレームワークの開発。
• チャネル行列のノルム空間にレーダ波形を投影する投影ベースのアプローチを用い、固有値ノルムを実現。
• 固有値分解を可能にするようチャネルモデルを定式化し、基地局の方向と整合するノルム空間の特定を可能にする。
• レーダ波形設計に固有値ノルムを統合し、基地局方向への放射エネルギーを抑制。
• 干渉抑制およびビームパターン直接性の観点から、固有値ノルムと従来の空間的ノルムの性能をシミュレーションで比較。
• チャネルモデルを活用して、共存制約下におけるレーダ分解能および検出性能の評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 海上MIMOレーダとセルラー基地局間の伝搬環境を正確に表現するための3次元空間的チャネルモデルは、どのように構築可能か？
• RQ2 固有値ノルムは、従来の空間的ノルムと比較して、セルラー基地局向けの干渉抑制においてどの程度優れているか？
• RQ3 提案されたチャネルモデルは、MIMOレーダのターゲット検出性能およびビームパターン分解能の向上をどのように支援するか？
• RQ4 チャネルモデルの空間的精度は、干渉低減技術の有効性にどのような影響を及ぼすか？
• RQ5 移動体および海上レーダシステムを含む実世界のスケジューリング共有シナリオにおいて、固有値ノルムは効果的に実装可能か？

主な発見

• 提案された3次元チャネルモデルは、海上MIMOレーダとセルラーシステム間のスケジューリング共有に不可欠な方位依存伝搬特性を的確に捉えている。
• チャネルモデルにより実現された固有値ノルムは、従来の空間的ノルム手法と比較して優れた干渉抑制効果を示している。
• 固有値ノルムの活用により、MIMOレーダのビームパターン分解能が向上し、セルラー基地局が存在する環境下でもターゲット検出性能が向上している。
• レーダ波形をチャネル行列のノルム空間に投影することで、基地局方向へのエネルギー放射が効果的に低減されている。
• シミュレーションの結果、固有値ノルムはメインローブの強い直接性を維持するとともに、セルラー基地局方向の sidelobe を効果的に抑制していることが確認された。
• チャネルモデルは、レーダ性能を低下させることなく、セルラーネットワークと共存可能な干渉に配慮したレーダ波形設計を可能にする。