面向大尺寸天线阵列的互信息导向 ISAC 波束成形设计

现有的通信感知一体化（ISAC）波束成形设计大多是在完美的瞬时信道状态信息（CSI）下设计的，这限制了它们在实际动态环境中的应用。在本文中，我们基于统计 CSI 研究 MIMO ISAC 系统的波束成形设计，采用包含感知与通信两方面的加权互信息（MI）作为性能指标。具体而言，利用算子值自由概率理论推导了统计 CSI 下加权互信息的闭式表达式。随后，提出了一种高效的投影梯度上升（PGA）算法来优化发射波束成形矩阵，以最大化加权互信息。数值结果验证了所推导的闭式表达式与蒙特卡洛仿真结果吻合良好，且所提出的优化算法能够显著提高加权互信息。我们还阐述了感知与通信互信息之间的权衡。