利用先验信息的通感一体化混合波束赋形设计

在本文中，我们研究了多输入多输出通感一体化系统的混合波束赋形设计，其中配备混合模拟-数字发射天线阵列的多天线基站发送双功能信号，与多天线用户通信，同时基于反射回波信号感知点目标的位置信息。具体来说，我们旨在通过利用目标的先验分布信息来感知其未知且随机的角度信息，采用后验克拉美-罗界作为感知性能指标。首先，我们考虑纯感知情况，研究混合波束赋形优化以最小化感知后验克拉美-罗界。我们分析证明，只要射频链数量大于1，混合波束赋形就能达到与优化数字波束赋形相同的性能。然后，我们针对单射频链情况提出了一种基于凸松弛的混合波束赋形设计算法。接下来，我们研究在满足通信速率目标的约束下，最小化后验克拉美-罗界的混合波束赋形优化。由于精确后验克拉美-罗界表达式的难解性，我们用一个紧上界替代它。尽管该问题仍然是非凸且难以求解的，但我们提出了一种基于可行点追踪逐次凸逼近方法的交替优化算法，用于寻找高质量的次优解。数值结果验证了我们提出的混合波束赋形设计的有效性。