面向太赫兹感知与通信的正交时延-多普勒分复用调制混合波束赋形
信号处理
2025-02-26 v1
摘要
太赫兹频段有望实现超精准感知和超高速通信。然而，严重的多普勒效应需要具备高多普勒鲁棒性的波形，而严重的信号传播损耗又迫切需要超大规模多输入多输出（UM-MIMO）结构。为解决这些挑战，本文研究了结合正交时延-多普勒分复用调制（ODDM）的混合波束赋形。首先，推导了基于混合波束赋形的 UM-MIMO ODDM 输入输出关系。随后，提出一种针对目标方位角、仰角、距离和速度的多维感知算法，具有低复杂度和高精度。然后，提出以感知为导向的混合波束赋形，通过最小化方位角的克拉默-罗尔下界（CRLB）来设计感知组合子。随后，设计影响通信与感知的预编码器，以最大化频谱效率。数值结果表明，所提感知算法的感知精度足够接近 CRLB。此外，所提混合波束赋形设计实现最大频谱效率，毫米级距离估计精度、毫度级角度估计精度和毫米每秒级速度估计精度。有两点收获教训：尤其对于感知，组合子设计至关重要，而这在为通信设计的混合波束赋形中常被忽视。 Furthermore, 通信和感知的优化问题可以相互解耦并独立求解，显著降低了 THz 单向 ISAC 系统的计算复杂度。
引用
@article{arxiv.2502.17818,
title = {Hybrid Beamforming with Orthogonal delay-Doppler Division Multiplexing Modulation for Terahertz Sensing and Communication},
author = {Meilin Li and Chong Han and Shi Jin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.17818},
year = {2025}
}