[论文解读] 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 6

一句话总结

本文提出了一种用于舰载MIMO雷达与MIMO蜂窝系统之间频谱共享的3D空间信道模型，通过将雷达波形投影到信道的零空间，实现基于特征值的波束成形干扰抑制。仿真结果表明，特征值波束成形在干扰抑制方面优于传统空间波束成形，提升了雷达目标检测能力与波束图分辨率。

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.

研究动机与目标

• 解决在共享频谱环境中，舰载MIMO雷达对蜂窝基站造成的有害干扰问题。
• 构建一种3D空间信道模型，以捕捉与频谱共享相关的方位角与传播特性。
• 实现对雷达能量向基站方向的精确波束成形抑制，以保护蜂窝网络免受干扰。
• 研究基于特征值的波束成形在干扰抑制方面相对于传统空间波束成形的性能增益。
• 在确保与蜂窝系统共存的前提下，提升MIMO雷达的目标检测能力与波束图分辨率。

提出的方法

• 构建一个3D信道建模框架，以捕捉舰载MIMO雷达与MIMO蜂窝基站之间的空间传播特性。
• 采用基于投影的方法，将雷达波形投影到信道矩阵的零空间，实现特征值波束成形。
• 制定信道模型以支持特征值分解，从而识别与基站方向对齐的零空间。
• 将特征值波束成形集成到雷达波形设计中，以抑制向基站方向辐射的能量。
• 通过仿真比较特征值波束成形与传统空间波束成形在干扰抑制与波束图方向性方面的性能。
• 利用信道模型评估在共存约束条件下，雷达的分辨率与检测性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何构建一个3D空间信道模型，以准确表征舰载MIMO雷达与蜂窝基站之间的传播环境？
• RQ2 特征值波束成形在抑制向蜂窝基站方向的干扰方面，相较于传统空间波束成形，性能提升程度如何？
• RQ3 所提出的信道模型如何支持MIMO雷达在目标检测与波束图分辨率方面的性能提升？
• RQ4 信道模型的空间精度对干扰抑制技术有效性的影响如何？
• RQ5 在涉及移动与海上雷达系统的实际频谱共享场景中，特征值波束成形能否被有效实施？

主要发现

• 所提出的3D信道模型成功捕捉了舰载MIMO雷达与蜂窝系统之间频谱共享所必需的方位角相关传播特性。
• 在信道模型支持下，特征值波束成形在干扰抑制方面优于传统空间波束成形技术。
• 采用特征值波束成形显著提升了MIMO雷达的波束图分辨率，并改善了在存在蜂窝基站情况下的目标检测性能。
• 将雷达波形投影到信道矩阵的零空间，能有效最小化向基站方向辐射的能量。
• 仿真结果证实，特征值波束成形在保持强主瓣方向性的同时，有效抑制了蜂窝基站方向的旁瓣。
• 该信道模型支持设计具备干扰感知能力的雷达波形，确保在不降低雷达性能的前提下与蜂窝网络共存。