基于排列频率跳变的太赫兹双频抗干扰集成传感与通信系统

集成传感与通信系统通过双频段排列频跳技术增强抗窄带干扰能力，利用线性调频正交频分复用信号的相反相特性实现低成本自相关接收机。实验表明D频段系统数据速率达470 Mbit/s，等效分辨率1.94 cm，二维成像分辨率1.875 cm×1.99 cm，有效提升复杂电磁环境下的系统鲁棒性。

　　

摘要：

集成感知与通信（ISAC）已成为支持即将到来的6G应用的有力候选技术。然而，传统的ISAC系统受限于在预定频率范围内运行，因此极易受到窄带、固定频率干扰的影响，这在恶劣的电磁环境中带来了重大挑战。本文提出了一种基于D波段的双频抗干扰ISAC系统，该系统采用排列频率跳变（PFH）技术。与传统单频跳变扩频系统相比，双频PFH系统利用了频率多样性，即使在其中一个子频段受到干扰时也能保持感知和通信功能。此外，它还具有非重复相邻频率和零最大相位差汉明自相关性的优点，从而增强了抗干扰能力并降低了信号被敌对接收器截获的概率。通过利用线性频率调制-正交频分复用信号的相反相位特性，实现了低成本的自相干通信接收器。双频PFH系统在各种宽带噪声干扰下的功能中断概率分别降低了32.22%、61.72%和83.27%。在感知接收端，通过双频特征实现了五种干扰类型的识别。最后，相干融合处理提高了等效带宽分辨率，从而提升了频谱效率。实验中生成了一个中心频率为132 GHz的双频信号，实现了约470 Mbit/s的数据传输速率和1.94 cm的等效距离分辨率。通过对模拟回波进行处理，获得了约1.875 cm × 1.99 cm的二维成像分辨率。所提出的方案为复杂电磁环境中的抗干扰ISAC系统提供了一种有前景的解决方案。

引言

不同设备之间的数据传输和交换促进了无缝连接，而感知在虚拟现实（VR）、物联网（IoT）和智能家居等多种应用中发挥着至关重要的作用[1]、[2]、[3]，其优势在于目标检测和识别。在这种背景下，由于结构更加紧凑和硬件可重用，通信与感知功能的集成已成为不可避免的趋势。无线通信数据流量的指数级增长以及检测微小目标的精度提升问题，可以通过太赫兹（THz）波段来解决。太赫兹波段具有高载波频率、丰富的频谱资源和良好的穿透能力[4]。因此，将太赫兹技术与集成感知与通信（ISAC）相结合已成为一种有前景的方法。然而，现有全电子太赫兹系统的窄带宽和有限的频率调谐范围成为性能瓶颈[5]，这极大地增加了在系统中实现双重功能的难度。相应地，微波光子学（MWP）技术的发展显示出了有效性，它具有宽频带、抗电磁干扰和低损耗等优点[6]、[7]，同时与光纤传输的太赫兹架构兼容[8]、[9]，并能够实现良好的系统性能[10]。