用于非相干分布式ISAC系统的MIMO-OFDM信号设计

《IEEE Transactions on Wireless Communications》：MIMO-OFDM Signaling Design for Noncoherent Distributed ISAC Systems

协同感知与通信联合设计研究在非相干分布式ISAC系统中，提出基于OFDM的传输信号框架，通过协调多节点MIMO雷达和CoMP通信实现目标定位与通信的联合优化，建立Cramér-Rao下界与SINR的数学模型，分析三种信号设计方法在感知精度、通信质量与计算复杂度间的权衡关系。

　　

摘要：

通过蜂窝网络实现感知的最终目标是利用分布式集成感知与通信（D-ISAC）技术，获得前所未有的大规模协同感知能力。然而，这带来了与同步相关的挑战，并需要新的传输方法。在本文中，我们提出了一种适用于非相干D-ISAC系统的传输信号设计框架，该框架允许多个ISAC节点在无需相位级同步的情况下协同进行感知和通信。所提出的框架采用正交频分复用（OFDM）技术，共同设计下行链路协同多点（CoMP）通信和多输入多输出（MIMO）雷达波形。该方案结合了集中式和分布式MIMO雷达，从所有可能的多站测量数据中估计目标到达角（AOA）和飞行时间（TOF），从而实现目标定位。为此，我们使用目标定位的克拉美罗下界（CRB）作为感知性能指标，信号与干扰加噪声比（SINR）作为通信性能指标。接着，我们构建了一个优化问题，以在满足每个通信用户最小SINR要求的同时，最小化定位CRB。具体而言，我们提出了三种不同的传输信号设计方法：无约束设计、正交设计和波束成形设计，这些方法揭示了ISAC性能与计算复杂性之间的权衡。与单节点ISAC系统不同，所提出的D-ISAC设计涉及每个子载波的感知信号优化，以实现准确的TOF估计，从而提升目标定位性能。数值仿真证明了所提设计在实现灵活的ISAC性能权衡和高效D-ISAC信号传输方面的有效性。