面向近场集成感知与通信的能效混合波束聚焦
信息论
2025-08-07 v1 信号处理
math.IT
摘要
集成感知与通信（ISAC）是第六代（6G）无线网络的关键组件，利用高频频段和大规模多输入多输出（M-MIMO）来实现高容量通信和高精度感知。然而，这些技术进步导致显著的近场效应，而 M-MIMO 的实现伴随着巨大的硬件成本和能耗增加。在此背景下，混合架构设计既是硬件高效又是能效高的解决方案。针对上述考虑，我们研究了面向近场 ISAC 的能效混合波束聚焦设计，针对两种不同目标场景进行设计，即点目标和扩展目标。具体而言，我们首先推导了针对点目标的联合角度和距离估计的闭式克雷尔-罗伯逊下界（CRB），以及针对扩展目标的贝叶斯CRB（BCRB）。基于这些推导结果，我们在保证系统能效（EE）和通信用户的质量服务（QoS）的前提下，通过优化传输波束聚焦来最小化CRB/BCRB。为解决由此产生的非凸问题，我们首先利用基于惩罚的 successive 凸近似技术结合全数字波束赋形器 obtain 次优解。随后，我们提出一种高效的交替优化算法来设计模拟-数字波束赋形器。仿真结果表明，距离和角度估计在近场区域是可行的。然而，所采用的混合架构不可避免地降低了距离估计精度，与全数字方案相比。此外，系统能效的提升会牺牲目标估计精度，这揭示了一个非平凡的权衡。
引用
@article{arxiv.2508.04627,
title = {Energy-Efficient Hybrid Beamfocusing for Near-Field Integrated Sensing and Communication},
author = {Wenhao Hu and Zhenyao He and Wei Xu and Yongming Huang and Derrick Wing Kwan Ng and Naofal Al-Dhahir},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.04627},
year = {2025}
}