Synthetic aperture radar imaging by 5G NR signals

The aim of this dissertation is to conduct Synthetic Aperture Radar sensing using 5G NR signals within the framework of joint communication and sensing (JCAS). The convergence of communication and sensing, known as JCAS, has piqued the interest of telecommunications firms and researchers in recent years. Therefore, the fundamental premise of this thesis is to employ telecommunication signals for simultaneous sensing and communication transmission. Subsequently, the research investigates the generation of 5G NR signals to explore their potential in sensing applications. Various configurations of 5G NR have been examined, and different range compression schemes, including cross-correlation in time and frequency domains, along with equalization, have been scrutinized across diverse resource grid configurations. The impact of physical channels and signals on range compression has been thoroughly analyzed. To evaluate the sensing capabilities of 5G signals, MATLAB simulations involving point targets have been executed. The impulse response function obtained from the emulation of 5G SAR has been rigorously compared with a chirp, considering aspects such as absolute error and phase error. To substantiate the proposed methodology, a high-resolution automotive data with a bandwidth of 1 GHz has been manipulated to emulate 5G NR SAR. In conclusion, an application of Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) has been executed, involving the computation of the trajectory of a dynamic target using actual automotive data. A mathematical model was employed for trajectory determination, and the analysis focused on assessing the capability of 5G NR to accurately retrieve and replicate the identified trajectory. The promising results, upon comparison with real data, indicate potential for conducting an actual SAR experiment using 5G NR signals, particularly in the realm of mmWave communication.

L'obiettivo di questa dissertazione è di condurre il rilevamento radar ad apertura sintetica utilizzando i segnali 5G NR nell'ambito della comunicazione e del rilevamento congiunti (JCAS). La convergenza di comunicazione e rilevamento, nota come JCAS, ha suscitato l'interesse delle aziende di telecomunicazioni e dei ricercatori negli ultimi anni. Pertanto, la premessa fondamentale di questa tesi è l'impiego di segnali di telecomunicazione per il rilevamento simultaneo e la trasmissione di comunicazioni. La tesi esplora i concetti di comunicazione e rilevamento integrati, sottolineando le loro applicazioni pratiche. Successivamente, la ricerca studia la generazione di segnali 5G NR per esplorare il loro potenziale nelle applicazioni di rilevamento. Sono state esaminate varie configurazioni di 5G NR e sono stati esaminati diversi schemi di compressione , compresa la correlazione incrociata nei domini del tempo e della frequenza, insieme all'equalizzazione. L'impatto dei canali fisici e dei segnali sulla compressione è stato analizzato in modo approfondito. Per valutare le capacità di rilevamento dei segnali 5G, sono state eseguite simulazioni MATLAB con bersagli puntiformi.Risposta all'impulso ottenuta dall'emulazione del SAR 5G è stata rigorosamente confrontata con un chirp, considerando aspetti come l'errore assoluto e l'errore di fase. Per comprovare la metodologia proposta, sono stati manipolati dati automobilistici ad alta risoluzione con una larghezza di banda di 1 GHz per emulare il SAR 5G NR. In conclusione, è stata eseguita un'applicazione del radar ad apertura sintetica inversa (ISAR), che prevede il calcolo della traiettoria di un bersaglio dinamico utilizzando dati automobilistici reali. Per la determinazione della traiettoria è stato impiegato un modello matematico e l'analisi si è concentrata sulla valutazione della capacità del 5G NR di recuperare e replicare con precisione la traiettoria identificata. I risultati promettenti, confrontati con i dati reali, indicano il potenziale per condurre un esperimento SAR effettivo utilizzando i segnali 5G NR, in particolare nel regno della comunicazione mmWave.