The focus of this thesis is the processing of signals and design of algorithms
that can be used to enable radar functions in communications systems.
Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is a popular multicarrier
modulation waveform in communication systems. As a wideband
signal, OFDM improves resolution and enables spectral efficiency in radar
systems, while also improving detection performance thanks to its inherent
frequency diversity. This thesis aims to use multicarrier waveforms for radar
systems, to enable the simultaneous operation of radar and communication
functions on the same device. The thesis is divided in two parts. The first
part, studies the adaptation and application of other multicarrier waveforms
to radar functions. At the present time many studies have been carried out
to jointly use the OFDM signal for communication and radar functions, but
other waveforms have shown to be possible candidates for communication
applications. Therefore, studies on the evaluation of the application of these
same signals to radar functions are necessary. In this thesis, to demonstrate
that other multicarrier waveforms can overcome the OFDM waveform
in radar/communication (RadCom) systems, we propose the adaptation of
the filter bank multicarrier (FBMC), generalized frequency division multiplexing
(GFDM) and universal filtering multicarrier (UFMC) waveforms for radar
functions. These alternative waveforms were compared performance-wise
regarding achievable target parameter estimation performance, amount of
residual background noise in the radar image, impact of intersystem interference
and flexibility of parameterization. In the second part of the thesis,
signal processing techniques are explored to solve some of the limitations
of the use of multicarrier waveforms for RadCom systems. Radar systems
based on OFDM are promising candidates for future intelligent transport networks.
Exploring the dual functionality enabled by OFDM, we presents cooperative
methods for high-resolution delay-Doppler and direction-of-arrival
estimation. High-resolution parameter estimation is an important requirement
for automotive radar systems, especially in multi-target scenarios that
require reliable target separation performance. By exploring the cooperation
between vehicles, the studies presented in this thesis also enable the distributed
tracking of targets. The result is a highly accurate multi-target tracking
across the entire cooperative vehicle network, leading to improvements
in transport reliability and safety.O foco desta tese é o processamento de sinais e desenvolvimento de algoritmos
que podem ser utilizados para a habilitar a função de radar nos sistemas
de comunicação. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
é uma forma de onda com modulação multi-portadora, popular em sistemas
de comunicação. Para sistemas de radar, O OFDM melhora a resolução e
fornece eficiência espectral, além disso sua diversidade de frequências melhora
o desempenho na detecção do radar. Essa tese tem como objetivo
utilizar formas de onda multi-portadoras para sistemas de radar, possibilitando
a operação simultânea de funções de radar e de comunicação num
mesmo dispositivo. A tese esta dividida em duas partes. Na primeira parte
da tese são realizados estudos da adaptabilidade de outras formas de onda
multi-portadora para funções de radar. Nos dias atuais, muitos estudos sobre
o uso do sinal OFDM para funções de comunicação e radar vêm sendo
realizados, no entanto, outras formas de onda mostram-se possíveis candidatas
a aplicações em sistemas de comunicação, e assim, avaliações para
funções de sistema de radar se tornam necessárias. Nesta tese, com a
intenção de demonstrar que formas de onda multi-portadoras alternativas
podem superar o OFDM nos sistemas de Radar/comunicação (RadCom),
propomos a adaptação das seguintes formas de onda: FBMC (Filter Bank
Multicarrier); GFDM (Generalized Frequency Division Multiplexing); e UFMC
(Universal Filtering Multicarrier) para funções de radar. Também produzimos
uma análise de desempenho dessas formas de onda sobre o aspecto
da estimativa de parâmetros-alvo, ruído de fundo, interferência entre sistemas
e parametrização do sistema. Na segunda parte da tese serão explorados
técnicas de processamento de sinal de forma a solucionar algumas
das limitações do uso de formas de ondas multi-portadora para sistemas
RadCom. Os sistemas de radar baseados no OFDM são candidatos
promissores para futuras redes de transporte inteligentes, porque combinam
funções de estimativa de alvo com funções de rede de comunicação
em um único sistema. Explorando a funcionalidade dupla habilitada pelo
OFDM, nesta tese, apresentamos métodos cooperativos de alta resolução
para estimar o posição, velocidade e direção dos alvos. A estimativa de
parâmetros de alta resolução é um requisito importante para sistemas de
radar automotivo, especialmente em cenários de múltiplos alvos que exigem
melhor desempenho de separação de alvos. Ao explorar a cooperação entre
veículos, os estudos apresentados nesta tese também permitem o rastreamento
distribuído de alvos. O resultado é um rastreamento multi-alvo altamente
preciso em toda a rede de veículos cooperativos, levando a melhorias
na confiabilidade e segurança do transporte.Programa Doutoral em Telecomunicaçõe