考虑非传输关断功耗的节能型 MIMO 通感一体化系统

本文研究多输入多输出（MIMO）通感一体化（ISAC）系统的能量效率，其中一个多天线基站（BS）向一个多天线通信用户（CU）发送统一的 ISAC 信号，同时利用回波信号估计一个扩展目标。我们关注一个特定的 ISAC 传输块，并考虑基站实际的非传输关断功耗。在此设置下，我们通过联合优化发射协方差矩阵和用于主动传输的“开启”时长，在确保通信最低平均数据速率要求和目标估计最大 Cramér-Rao 界（CRB）要求的同时，最小化基站能耗。我们以半闭式形式获得了速率与 CRB 约束下能量最小化问题的最优解。有趣的是，所得最优解统一了频谱高效与能量高效的通信及感知设计。特别地，对于速率约束不生效的特殊 MIMO 感知情形，最优解遵循各向同性传输且“开启”时长最短，即基站通过在最短时长内使用足够高的功率辐射所需的感知能量。对于一般 ISAC 情形，最优发射协方差解为满秩且基于通信信道的特征模传输，而最优“开启”时长由速率和 CRB 约束共同决定。数值结果表明，与基于各向同性传输、常开传输以及仅感知或仅通信设计的基准方案相比，所提 ISAC 设计显著降低了能耗，尤其在速率和 CRB 约束变得严格时。