可移動天線增強型網路全雙工整合感測與通訊系統

핵심 개념

本文提出了一種可移動天線增強型網路全雙工整合感測與通訊系統，透過聯合設計波束賦形、功率分配、接收濾波器和可移動天線配置，以最大化系統的總速率，同時確保雷達感測品質。

초록

可移動天線增強型網路全雙工整合感測與通訊系統

Yuan Guo, Wen Chen, Qingqing Wu, Yang Liu, Qiong Wu, Kunlun Wang, Jun Li, and Lexi Xu. (2024). Movable Antenna Enhanced Networked Full-Duplex Integrated Sensing and Communication System. arXiv preprint arXiv:2411.09426v1.

本研究旨在探討在網路全雙工整合感測與通訊系統中，利用可移動天線技術來提升系統的通訊和感測效能。

핵심 통찰 요약

Movable Antenna Enhanced Networked Full-Duplex Integrated Sensing and Communication System

by Yuan Guo, We... 게시일 arxiv.org 11-15-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.09426.pdf

더 깊은 질문

在更複雜的網路環境中，例如毫米波或太赫茲頻段，可移動天線技術的效能如何？

在毫米波或太赫茲頻段等更複雜的網路環境中，可移動天線技術仍然可以帶來顯著的性能提升，但同時也面臨更大的挑戰。
優勢：

克服高路徑損耗： 毫米波和太赫茲頻段的訊號具有更高的頻率，導致路徑損耗更加嚴重。可移動天線可以通過調整位置來尋找更優的傳播路徑，例如視距（LoS）路徑，從而減輕路徑損耗的影響。
提高波束賦形精度： 更高的頻率允許使用更多天線單元來實現更窄的波束，從而提高波束賦形的精度。可移動天線可以進一步優化波束方向，將訊號能量更精準地聚焦到目標用戶或感測區域。
增強空間分集： 可移動天線可以通過在不同位置接收訊號來獲得空間分集增益，從而提高系統在複雜環境中的魯棒性。
挑戰：

硬體成本和複雜度： 毫米波和太赫茲頻段的硬體成本更高，可移動天線的引入會進一步增加系統的硬體成本和複雜度。
通道估計和追蹤： 更高的頻率和更窄的波束使得通道估計和追蹤變得更加困難。可移動天線需要更精確和快速的通道資訊來實現最佳性能。
移動性和阻塞： 用戶移動性和環境中的障礙物會導致訊號阻塞，影響可移動天線的性能。系統需要設計相應的演算法來應對這些問題。
總體而言，可移動天線技術在毫米波或太赫茲頻段等更複雜的網路環境中仍然具有很大的應用潛力，但需要克服一些技術挑戰才能充分發揮其優勢。

如果考慮用戶的移動性和通道估計誤差，如何設計可移動天線增強型網路全雙工整合感測與通訊系統？

考慮用戶的移動性和通道估計誤差，設計可移動天線增強型網路全雙工整合感測與通訊系統需要採用更複雜的演算法和技術，以下列出一些可行的方向：
1. 穩健的波束賦形和功率分配：

考慮通道不確定性： 採用穩健優化方法，例如最壞情況性能優化或機會約束規劃，將通道估計誤差考慮到優化問題中，設計對通道誤差具有魯棒性的波束賦形和功率分配方案。
預測用戶移動： 利用用戶歷史位置和移動軌跡信息，預測用戶的未來位置，並據此預先調整可移動天線的位置和波束方向，以減輕用戶移動對系統性能的影響。
2. 低開銷的通道估計和追蹤：

設計專用的導頻訊號： 針對可移動天線系統設計專用的導頻訊號，例如低秩或稀疏導頻，以降低通道估計的開銷。
利用用戶移動性： 將用戶移動性視為一種資源，利用用戶在不同位置接收到的訊號來輔助通道估計和追蹤。
3. 混合波束賦形和可移動天線：

結合毫米波/太赫茲和sub-6 GHz： 採用混合波束賦形架構，結合毫米波/太赫茲頻段的窄波束和sub-6 GHz頻段的寬波束，利用sub-6 GHz頻段進行粗略的波束對準和通道估計，然後利用毫米波/太赫茲頻段和可移動天線實現精準的波束賦形和性能提升。
4. 分散式和協作式設計：

分散式波束賦形： 將波束賦形任務分散到不同的基站或用戶設備上，利用本地通道資訊進行波束賦形，以降低通道估計和訊號處理的複雜度。
協作式感測和通訊： 利用多個基站或用戶設備協作進行感測和通訊，共享感測數據和通道資訊，以提高系統性能和魯棒性。
總之，設計可移動天線增強型網路全雙工整合感測與通訊系統需要綜合考慮多種因素，並採用先進的演算法和技術來應對挑戰，才能充分發揮可移動天線的潛力。

可移動天線技術的引入會如何影響系統的硬體成本和複雜度？

可移動天線技術的引入會在一定程度上增加系統的硬體成本和複雜度，主要體現在以下幾個方面：
1. 額外的硬體設備：

驅動單元： 可移動天線需要額外的驅動單元來控制天線的位置移動，這會增加系統的硬體成本。
柔性電纜： 連接可移動天線和射頻鏈路的柔性電纜需要具有良好的電氣性能和機械性能，這也會增加系統的成本。
位置感測器： 為了精確控制可移動天線的位置，系統可能需要額外的位置感測器，這也會增加硬體成本。
2. 更複雜的訊號處理：

位置控制： 可移動天線的位置控制需要額外的訊號處理演算法，這會增加系統的複雜度。
通道估計和追蹤： 可移動天線的引入使得通道估計和追蹤變得更加複雜，需要更精確和快速的演算法，這也會增加訊號處理的複雜度。
3. 系統設計和部署：

天線佈局： 可移動天線的引入需要重新考慮天線佈局，以確保天線移動的靈活性和系統性能。
硬體同步： 多個可移動天線之間需要精確同步，這對系統設計和部署提出了更高的要求。
降低成本和複雜度的措施：

簡化天線移動： 可以通過限制天線的移動範圍或自由度來簡化天線移動的控制，從而降低硬體成本和複雜度。
開發低成本的驅動單元： 隨著技術的進步，可以開發出更低成本和更高效的驅動單元，以降低可移動天線的成本。
優化演算法設計： 通過優化演算法設計，可以降低通道估計和追蹤的複雜度，從而降低系統的整體複雜度。
總體而言，可移動天線技術的引入會增加系統的硬體成本和複雜度，但隨著技術的進步和演算法的優化，這些成本和複雜度可以得到有效控制。同時，可移動天線技術带来的性能提升可以彌補其成本和複雜度的增加，使其在未來無線通訊系統中具有廣闊的應用前景。