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广西工程建设质量管理协会网站,安阳区号查询,中国建设工程招投标网站,建设网站终身免费面向 ISAC 的单输入单输出双基地感知技术研究 文章来源#xff1a;微信公众号#xff1a;EW Frontier 摘要 集成感知与通信#xff08;ISAC#xff09;是下一代无线系统的关键支撑技术#xff0c;但实际部署常受限于低成本的单天线收发器。在这种双基地单输入单输出微信公众号EW Frontier摘要集成感知与通信ISAC是下一代无线系统的关键支撑技术但实际部署常受限于低成本的单天线收发器。在这种双基地单输入单输出SISO架构中时钟异步会导致信道状态信息CSI出现随机相位偏移而传统多天线方法无法缓解该问题。本文提出 WiDFS 3.0这是一种轻量化双基地 SISO 感知框架通过有效抑制多普勒镜像模糊实现从失真 CSI 中精确估计时延和多普勒频移。该框架在发射端和接收端均仅使用单天线适用于低复杂度部署场景。我们提出自参考互相关SRCC方法用于 SISO 随机相位去除并采用时延域波束成形解决多普勒模糊问题。所提取的无模糊时延 - 多普勒 - 时间特征可通过紧凑型神经网络实现稳健感知。大量实验表明WiDFS 3.0 的参数估计精度与现有多天线方法相当甚至更优尤其在时延估计方面表现突出。经单目标和多目标场景验证该框架提取的无模糊特征具有较强的感知精度和泛化能力。例如在仅含 130 万参数、适用于嵌入式设备的 MobileViT-XXS 模型上部署时WiDFS 3.0 持续优于 CSI 幅度、镜像多普勒和多接收端聚合多普勒等传统特征。引言集成感知与通信ISAC通过将感知能力嵌入现有通信基础设施正迅速成为下一代无线系统的关键支撑技术其应用涵盖环境监测、人机交互和医疗健康等多个领域。随着 ISAC 向实际部署推进双基地单输入单输出SISO架构因其硬件复杂度低而受到广泛关注 —— 发射端和接收端分离部署且各仅配备单天线常见于低功耗物联网节点、智能传感器和嵌入式边缘平台同时仍能支持可靠的通信功能特别适用于家庭手势控制、养老场景行为监测和节能建筑占用检测等应用是实现泛在感知的实用且可扩展方案。现有大多数基于 CSI 的 ISAC 感知研究集中在单输入多输出SIMO或多输入多输出MIMO架构这类架构的接收端通常配备多天线。这主要是因为在发射端与接收端不同步的双基地场景中CSI 会受到定时偏移TO和载波频率偏移CFO的干扰产生时变随机相移。为解决该问题已有研究提出了跨天线互相关CACC、跨天线信号比CASR等补偿技术支撑了目标跟踪、活动识别、水位监测等一系列感知应用。深度学习的发展也催生了多种数据驱动的感知框架通过注意力机制、域自适应和时空特征提取等技术显著提升了各类 ISAC 任务的性能。同时通信标准化进程也在快速推进IEEE 802.11bf 修正案将原生感知能力引入 Wi-Fi推动 ISAC 技术从研究原型向实际部署转型。然而在多天线场景下已建立的坚实研究基础之上面向实用化、低复杂度的双基地 SISO 系统仍需进一步突破以实现稳健感知。面向 ISAC 的 SISO 双基地感知仍面临三大核心挑战SISO 约束下的 CSI 随机相位去除多天线系统中时钟异步导致的 TO 和 CFO 在各接收天线间一致使得 CACC、CASR 等方法可有效消除相位偏移但这些方法无法应用于 SISO 架构。现有 SISO 感知研究较为有限部分方法依赖强视距LoS条件实际部署中难以满足或计算成本较高不适用于嵌入式平台因此亟需在不依赖多天线分集或理想传播假设的前提下净化原始 CSI。多普勒镜像模糊ISAC 系统中通信信号的带宽有限如 LTE 系统带宽为 1.4 MHz-20 MHz导致距离分辨率较低多普勒特征成为捕捉目标运动以实现精确感知的关键。但现有许多系统存在多普勒镜像模糊问题 —— 正负多普勒频率上的能量近乎对称难以判断目标真实运动方向。这一问题在 CACC 基系统中尤为突出其本质会引入对称信号分量而 CASR 虽能避免对称性但主要适用于单目标场景且在特征提取中可能引入非线性失真多普勒镜像问题在以往研究中常被忽视。从无线信号中学习稳健表示与图像和语言任务不同无线感知面临独特挑战 —— 多径传播、环境变化、硬件差异和频段不同等因素导致接收信号在不同场景下差异显著收集多样化、大规模的标注数据集成本高且难度大。尽管部分研究采用模拟数据训练但在实际部署中的有效性仍不确定直接将原始 CSI 输入深度网络往往泛化能力较差。此外视觉任务中常用的旋转、裁剪等数据增强技术在无线信号场景中缺乏理论验证因此设计可解释的信号特征和增强策略对提升模型泛化能力至关重要。针对上述挑战本文提出 WiDFS 3.0—— 一种适用于 SISO 基 ISAC 任务的实时双基地感知系统。该系统采用分离部署的发射端和接收端各仅配备单天线提供低成本 ISAC 解决方案。在时钟异步的影响下WiDFS 3.0 能够精确估计时延、多普勒频移和无模糊微多普勒基于提取的高质量特征可在嵌入式平台部署的轻量化神经网络上实现优异的感知性能。同时该框架可扩展至多天线架构以实现角度估计并兼容不同工作频率和带宽。结论本文提出 WiDFS 3.0一种面向 SISO 基 ISAC 系统的实用轻量化双基地感知框架。该框架可在发射端和接收端均使用单天线运行同时支持扩展至多天线架构。核心创新包括提出自参考互相关SRCC技术实现高效的 CSI 随机相位去除设计时延域波束成形流水线生成稳健的三维时延 - 多普勒 - 时间表示在保留关键运动线索的同时抑制干扰和模糊所提取的特征可被紧凑型神经网络有效利用。大量实验表明WiDFS 3.0 在单目标和多目标场景中均持续优于传统方法且特征泛化能力强。在树莓派 4B 边缘平台上无模糊时延和多普勒特征提取仅需 8.5 毫秒具备实时处理能力尽管采用单天线架构其距离估计中值误差20 MHz 带宽、无平滑处理达 2.05 米优于现有多天线系统 0.5-2 米多普勒镜像抑制性能与多天线方法相当在单目标 Widar 3.0 数据集上MobileViT-XXS130 万参数模型的 F1 分数达 0.928-0.938显著优于传统 BVP 基线0.849-0.859在多目标 WiMANS 数据集上行为识别 F1 分数为 0.659人数统计准确率为 0.629超越常用的 CSI 幅度基线。综上WiDFS 3.0 提供了一种可扩展、成本高效且稳健的感知解决方案推动 ISAC 技术向实际部署迈出重要一步。