[論文レビュー] Coexistence between Communication and Radar Systems - A Survey

Mina Labib, Vuk Marojevic+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 2017

Radar Systems and Signal Processing参考文献 16被引用数 3

ひとこと要約

本調査は、認知無線、波形設計、共同最適化手法を焦点に、レーダーと無線通信システムの共存を可能にするスペクトル共有技術について包括的な分析を提示する。干渉管理と適応的リソース割り当てを通じて共存が実現可能であることが示され、MIMOレーダーおよびOFDMベースのシステムにおける主な進展により、レーダー性能を維持しながらスペクトル効率が向上している。

ABSTRACT

Data traffic demand in cellular networks has been tremendously growing and has led to creating congested RF environment. Accordingly, innovative approaches for spectrum sharing have been proposed and implemented to accommodate several systems within the same frequency band. Spectrum sharing between radar and communication systems is one of the important research and development areas. In this paper, we present the fundamental spectrum sharing concepts and technologies, then we provide an updated and comprehensive survey of spectrum sharing techniques that have been developed to enable some of the wireless communication systems to coexist in the same band as radar systems.

研究の動機と目的

• セルラーネットワークにおけるデータトラフィックの増加に伴うRFスペクトルの混雑の是正。
• スペクトル効率の向上を目的として、レーダーと通信システム間のスペクトル共有の調査。
• 共存のための先進的技術、例えば認知無線、波形設計、共同最適化のサーベイと分析。
• レーダーシステムの性能を低下させることなく共存が可能かどうかの評価。
• CBRSやU-NIIのような共有帯域における現在の規制およびレーダーシステムの包括的概要の提供。

提案手法

• 共有帯域（例：CBRS、U-NII）におけるレーダーシステムを分類し、その規制フレームワークを分析。
• 認知無線、スペクトルセンシング、動的アクセスプロトコルを含むスペクトル共有技術のサーベイ。
• MIMOレーダー・通信システムにおけるゼロフォーシングプレフィルミングおよびヌル空間プロジェクションによる干渉低減の検討。
• 干渉を最小限に抑えるために、SNRベースのウォーター・フィリングおよび相互情報量基準を用いた波形設計戦略の提案。
• 多目的最適化とOFDMサブキャリア割り当てを用いたレーダーおよび通信システムの共同最適化の実装。
• MIMO構成における共信道干渉を最小限に抑えるために、協調送信および受信ビームフォーミングの導入。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにしてレーダーと通信システムが同じ周波数帯で有害な干渉を引き起こさずに共存できるか。
• RQ2 レガシーレーダーシステムと現代の通信ネットワークとの間でスペクトル共有を実現するにあたり、どのような主な技術的課題が存在するか。
• RQ3 認知無線および動的スペクトルアクセスは、共有帯域におけるスペクトル効率をどの程度向上させ得るか。
• RQ4 MIMOレーダーおよびマルチユーザー通信システムをどのように共同最適化することで干渉低減を実現できるか。
• RQ5 波形設計およびビームフォーミングは、レーダー検出性能を維持しつつ共存を可能にする役割を果たすか。

主な発見

• 通信システムが干渉を避けるように調整される場合、レーダーと通信システム間のスペクトル共有は実現可能である。
• チャネル状態情報が正確に得られていると仮定した場合、ゼロフォーシングプレフィルミングおよびヌル空間プロジェクション技術は、通信受信機における干渉を効果的に抑制する。
• SNRウォーター・フィリングおよび相互情報量基準に基づく波形設計により、共存する通信システムへの干渉が低減されつつ、レーダー性能が維持される。
• OFDMベースの共同設計により、サブキャリア割り当てを最適化することで、同時にレーダー検出性能と通信容量を最大化できる。
• MIMOシステムにおける送信および受信ビームフォーミングの共同最適化は、共信道干渉を顕著に低減し、信号対干渉＋ノイズ比を向上させる。
• 帯域を動的に調整するマルチモードレーダーシステムは、レーダー活動が少ない期間に通信用に帯域を確保することで、効率的なスペクトル共有を可能にする。