无人机使能的集成周期感知与通信的吞吐量最大化

无人机（UAV）有望革新现有的集成感知与通信（ISAC）系统，并提供更灵活的联合设计。然而，现有ISAC工作主要关注在整个考虑时段内同时探究两种功能的性能，可能忽视了实际中非对称的感知与通信需求。特别地，始终强制感知与通信并行可能因频谱资源共享与有限发射功率而更难于在这两种功能间取得平衡。为解决此问题，我们为无人机使能的ISAC系统提出一种新的集成周期感知与通信机制，以在两种集成功能间提供更灵活的折衷。具体而言，在满足给定目标的感知频率与波束方向图增益要求的同时，通过联合优化无人机轨迹、用户关联、目标感知选择以及发射波束成形来最大化系统可达速率。尽管该问题高度非凸且涉及紧密耦合的整数变量，我们推导了闭式最优波束成形向量以大幅降低波束成形设计复杂度，并给出了可达速率的紧下界以辅助无人机轨迹设计。基于上述结果，我们提出一种基于惩罚的算法来高效求解所考虑问题。在天线数无穷的特殊情形下，分析了最优可达速率与最优无人机位置。此外，我们证明了无位置约束时不同ISAC帧间最优解的结构对称性，并提出了求解带位置约束问题的高效算法。