集成感知与通信：导频与传输联合设计

本文研究以通信为中心的集成感知与通信 (ISAC) 系统，其中多天线基站 (BS) 同时进行下行链路通信与目标检测。提出了一种新颖的目标检测与信息传输协议，其中 BS 依次执行信道估计与波束赋形，同时联合利用信道估计阶段的导频序列与传输阶段的用户信息来辅助目标检测。我们研究导频矩阵、训练时长与发射波束赋形的联合设计，以在用户所需最小可达速率约束下最大化目标检测概率。然而，设计最优导频矩阵相当具有挑战性，因为检测概率相对于导频矩阵没有闭式表达式。为应对该困难，我们基于信息论准则设计导频矩阵，以最大化用于目标检测的接收观测与 BS-目标信道系数之间的互信息 (MI)。我们首先推导了用于信道估计与目标检测的最优导频矩阵，然后提出一种统一导频矩阵结构，以平衡最小化信道估计误差 (MSE) 与最大化 MI。基于所提结构，提出了一种低复杂度逐次细化算法。仿真结果表明，所提导频矩阵结构能很好地平衡 MSE-MI 与速率-MI 权衡，并相较其他基准方案显示出显著的区域改善。此外，揭示出当通信信道相关性更强时，速率-MI 区域可进一步扩大。