硬件损伤下太赫兹星间 ISAC 的基本极限

Haofan Dong; Ozgur B. Akan

硬件损伤下太赫兹星间 ISAC 的基本极限

信号处理 2025-09-22 v1

作者: Haofan Dong , Ozgur B. Akan

摘要

本文建立了一个理论框架，用于分析太赫兹 (THz) 低轨 (LEO) 星间链路 (ISL) 综合感知与通信 (ISAC) 系统的基本性能极限。我们开发了一个统一的端到端信号模型，该模型联合捕捉了极端轨道动力学、级联非理想硬件损伤以及微弧级波束指向误差的影响。通过贝叶斯 Cramér-Rao 下界 (BCRLB) 分析，我们推导了距离与距离变化率的极限感知精度，揭示了估计方差随载波频率呈二次型 ( $1/f_c^2$ ) 改善，该改善最终受限于信号相关的硬件失真。对于通信，我们证明了系统性能受限于硬件而非功率，并推导了相位噪声与 PA 非线性联合作用下的闭式容量上限： $C_{\text{sat}} = \log_2(1 + e^{-\sigma_\phi^2}/\Gamma_{\text{eff}})$ ，其中 $\Gamma_{\text{eff}}$ 是所提出的硬件质量因子。基于最先进的组件数据和已识别的权衡，我们的数值结果表明，在亚太赫兹频段 (200-600 GHz) 可能存在有利的运行条件，此时随频率二次增长的感知增益与硬件质量退化相平衡。功率放大器 (PA) 非线性成为主导性能瓶颈，其影响比其他损伤超出一到两个数量级。

关键词

太赫兹星间链路综合感知与通信硬件损伤贝叶斯 Cramér-Rao 下界容量上限低轨卫星

引用

@article{arxiv.2509.15902,
  title  = {Fundamental Limits of THz Inter-Satellite ISAC Under Hardware Impairments},
  author = {Haofan Dong and Ozgur B. Akan},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2509.15902},
  year   = {2025}
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硬件损伤下太赫兹星间 ISAC 的基本极限

摘要

关键词

引用

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