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摘要
近场集成传感和通信（ISAC）的框架，提出了一个额外的距离维度相比，传统的远场系统的传感和通信。特别地，推导了近场联合距离和角度感知的Cramér-Rao界，该界在每个用户的最小通信速率要求下被最小化。研究了全数字天线和数模混合天线。对于全数字天线，ISAC波形的全局最优解通过半定松弛得到。对于混合天线，通过两阶段优化获得高质量的解决方案。数值结果表明，近场ISAC的额外的距离尺寸在远场ISAC的性能增益。
引言
集成传感和通信（ISAC）已被视为第六代（6G）无线网络的一种有前途的技术，其中传感功能和通信功能可以通过共享相同的频谱和硬件设施同时执行[1]。为了满足对通信和感测性能的日益增长的需求，未来的ISAC系统将朝着超大规模天线阵列（ELAA）和高频方向发展，例如，毫米波（mmWave）和太赫兹（THz），这对于高通信容量和高感测分辨率至关重要[1]，[2]。然而，这种趋势将显著改变无线环境的电磁特性，即，从平面波传播到球面波传播，导致不可避免的近场效应[3]，[4]，[5]。因此，依赖于远场假设[6]、[7]、[8]的现有ISAC设计与真实的无线环境之间可能存在不匹配，这需要重新设计ISAC。
此外，近场效应也提供了新的可能性。近场中的球面波传播引入了一个新的距离维度，这有可能促进传感中距离和角度的联合估计[9]，并减轻通信中的干扰[10]。据作者所知，近场ISAC系统尚未被研究，这促使了本工作。本文将提出一种近场ISAC框架。基于球面波传播理论，建立了近场ISAC框架的精确近场信道模型。
针对全数字天线和数模混合天线，我们联合优化ISAC信号，以最小近场通信速率最大化近场感知性能。最后，数值仿真验证了所提方法的有效性.
文章插图
结论
提出了一种近场ISAC框架。结果表明，ISAC系统可以从近场比远场受益更多。因此，探索在不显著改变天线数量和频率的情况下扩大ISAC系统近场区域的方法是未来研究的一个有趣方向。
