面向感知、通信与能量传输一体化的多功能 OFDM 信号设计

无线领域正涌现出大量集成系统，例如（a）集成感知与通信，以及（b）无线信息与能量同步传输，因为它们具有审慎利用资源（频谱、功率）的潜力。受此趋势启发，我们通过设计一种宽带 OFDM 信号来为传感器供能，同时执行目标感知与通信，从而研究集成感知、通信与供能（ISCAP）。为刻画 ISCAP 性能区域，我们假设符号具有非零均值非对称高斯分布（即输入分布），并在各子载波上优化其均值与方差，以在可达速率（通信）与平均旁瓣-峰值差（感知）约束下最大化收集功率。通过仿真，所得输入分布比以下情形实现了更大的性能区域：（i）实部与虚部分别具有相同均值与方差的对称复高斯输入分布，（ii）零均值对称复高斯输入分布，以及（iii）叠加的功率分割通信与感知信号（共存解）。特别地，优化后的输入分布通过展现如下特征来平衡这三种功能：（a）具有强通信信道的子载波中的符号具有高方差以满足速率约束，而其他符号以均值为主，在子载波间形成相对均匀的均值与方差之和以利于感知；（b）在较宽松的通信与感知约束下，具有较强供能信道的子载波上出现较大的绝对均值，以获得更高的收集功率。最后需指出，结果凸显了协同设计的 ISCAP 系统进一步提升效率的巨大潜力。