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低轨太赫兹卫星信道下协同一体化感知与通信的基本极限

信号处理 2025-10-23 v1

摘要

太赫兹星间链路为低轨 (LEO) 星座实现了前所未有的感知精度,但面临来自硬件损伤、指向误差和网络干扰的基本界限。我们开发了一个网络 Cram\'er-Rao 下界 (N-CRLB) 框架,该框架通过递归 Fisher 信息分析纳入了动态拓扑、硬件品质因数 Γeff\Gamma_{\text{eff}}、相位噪声 σϕ2\sigma^2_\phi 以及协同效应。我们的分析揭示了三个关键见解: 硬件和相位噪声产生了与功率无关的性能天花板 (σceilingΓeff\sigma_{\text{ceiling}} \propto \sqrt{\Gamma_{\text{eff}}}) 和底板 (σfloorσϕ2/fc\sigma_{\text{floor}} \propto \sqrt{\sigma^2_\phi}/f_c),且仅依赖功率的缩放在 SNRcrit=1/Γeff\text{SNR}_{\text{crit}}=1/\Gamma_{\text{eff}} 之上达到饱和; 干扰系数 αm\alpha_{\ell m} 实现了机会感知,在特定条件下 (65~dB 处理增益,50~dBi 天线) 展示了 5.5~dB 的增益; 来自共享定时参考的测量相关性,在正确建模时,不会降低性能,并且与错误建模的独立噪声基线相比,可以提供共模抑制优势。亚毫米级测距需要共同优化的硬件 (Γeff<0.01\Gamma_{\text{eff}}<0.01)、振荡器 (σϕ2<102\sigma^2_\phi<10^{-2}) 以及适当的 3D 几何配置。

关键词

引用

@article{arxiv.2510.19007,
  title  = {Fundamental Limits of Cooperative Integrated Sensing and Communications over Low-Earth Orbit THz Satellite Channels},
  author = {Haofan Dong and Houtianfu Wang and Hanlin Cai and Ozgur B. Akan},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2510.19007},
  year   = {2025}
}