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MATLAB 2024a

1、算法描述

在现代智能通信的发展进程中，人们越来越强烈地意识到，信息传输与环境感知之间的界限正在逐渐模糊。尤其是在自动驾驶、无人系统、智慧城市等应用场景中，通信系统不仅要承担数据传输的任务，还需要具备对周围环境进行感知和理解的能力。在这样的背景下，OCDM-ISAC系统应运而生，它结合了OCDM这种调制方式的优势和ISAC这一新兴理念的核心，构建出一个既能高效通信又能准确感知的融合系统。

OCDM的核心是一种正交啁啾多路复用技术，它通过将传统的数据符号映射到一组频率随时间线性变化的啁啾信号上，实现了在时间和频率两个维度上的高效利用。这些啁啾信号彼此之间正交，不仅有利于降低多用户干扰，还在多径信道和时变信道下展现出更强的鲁棒性。传统的调制方式例如OFDM虽然具有良好的频谱效率，但在多普勒扩展严重的高速场景下容易失去正交性，导致系统性能下降。而OCDM通过其自身的结构特性，自然地具备抗多普勒和抗频率偏移的能力，使得它在车载、无人机等快速运动环境中表现出色。

ISAC所代表的是一种通信与感知一体化的技术架构。过去，通信系统和雷达系统往往是分离的，各自占据独立的频段、使用各自的硬件资源。这样的设计在传统场景中尚可接受，但在需要高集成度和低功耗的未来设备中，这种资源重复利用效率低的问题愈发突出。ISAC试图打破这一壁垒，通过统一的硬件平台、统一的波形设计、统一的信道处理方法，将数据传输和环境感知这两项任务融合到一套信号中去，从而极大提高频谱和能源的使用效率。

OCDM-ISAC系统的工作流程并没有采用完全不同于现有通信系统的架构，而是在传统链路的基础上加入了啁啾调制与感知处理模块。在发射端，首先会将用户数据进行数字调制，常见的方式包括QPSK或16QAM等。调制后的复数符号序列并不会直接进入IFFT模块进行OFDM变换，而是被送入一种称为反离散傅里叶-奈特曼变换的过程，形成正交啁啾信号。这些信号随后添加循环前缀，以抵御多径干扰，然后在时域上传输出去。在接收端，接收到的信号首先进行帧同步与前缀移除，之后再进行正向的变换以恢复原始的频域符号。整个过程的结构与OFDM相似，但由于底层调制结构的不同，OCDM在抗干扰能力和感知能力方面大大提升。

感知能力的实现则是通过对回波信号中时延和频率变化的分析来完成的。在OCDM-ISAC系统中，每个目标反射回来的啁啾信号在接收端都会引起固定的相位变化与频率漂移，这些变化在频域上可以通过构建二维谱图进行捕捉。系统将每个子载波的回波信号沿时间轴进行傅里叶变换，得到速度维度的特征；同时再进行一个垂直方向的变换，从而获得目标在距离和速度两个维度的联合分布图。这种“距离-速度谱图”是雷达系统中重要的分析手段，而在OCDM-ISAC中则成为通信与感知融合的关键体现。

在这样的系统中，通信与感知并不是孤立地进行，而是在同一个符号帧内共同完成。发送出去的信号既是用来传输信息的载体，又是用于感知环境的探测波。这种设计使得系统在同等资源条件下完成更多任务，极大提升了系统效率。例如，在自动驾驶场景中，一辆车可以通过OCDM-ISAC系统与前车保持通信，获取其加速度、制动信息等，同时也能通过信号回波判断侧前方是否有横穿马路的行人或突然变道的其他车辆。系统不再需要单独部署雷达和通信模块，从而简化了结构、节省了功耗并提升了响应速度。

OCDM-ISAC系统在理论上具备很多优势，但在实际应用中仍然面临不少挑战。首先，OCDM信号的调制解调需要较高的频率精度和时钟同步性能，对射频前端提出了更高要求。其次，感知与通信信号的联合处理需要更复杂的信道估计和参数解耦方法，传统基于导频或循环前缀的信道估计方式在OCDM结构下需要重新设计。再者，多目标感知可能带来相位干扰和峰值模糊问题，对感知算法的分辨能力提出了新的挑战。此外，由于OCDM信号在时间和频率上具有扩展特性，其频谱泄露与邻道干扰也需特别处理，尤其是在高密度设备环境中。

尽管如此，随着硬件计算能力的提升和算法优化手段的丰富，OCDM-ISAC系统的落地性正在逐步增强。当前许多科研机构和企业正在围绕该系统展开实际测试，从5G NR的演进方案到6G预研计划，OCDM和ISAC都被认为是核心候选技术之一。在毫米波频段和太赫兹频段的应用中，OCDM-ISAC系统凭借其天然的频域处理优势和波形灵活性，更有可能在频谱资源稀缺的环境下实现广域高精度感知。

此外，OCDM-ISAC系统未来的发展也将与人工智能深度融合。通过深度学习模型对回波信号进行特征提取，可以进一步提升系统在弱目标、遮挡目标或多目标情况下的感知能力。同时，AI还可以辅助进行资源调度和波形设计，使系统在不同的应用场景下动态调整通信与感知之间的权重，真正实现感知优先、通信保障或通信优先、感知适配的自适应运行模式。

总体来看，OCDM-ISAC系统并不是传统通信或雷达系统的简单叠加，而是一种深度融合、高度协同的智能系统架构。它通过在物理层的波形设计上实现功能集成，通过在信号处理层的结构构建上实现任务并行，是面向未来智慧环境的一种重要基础设施。随着技术的不断成熟和场景的不断拓展，OCDM-ISAC将不仅仅局限于高端工业或军事应用，更有望普及到日常生活的各个角落，成为真正“万物互联、万物可感”的重要支柱

2、仿真结果演示

3、关键代码展示

略

4、MATLAB 源码获取

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