In this paper, we propose a hybrid precoding/combining framework for communication-centric integrated sensing and full-duplex (FD) communication operating at mmWave bands. The designed precoders and combiners enable multiuser (MU) FD communication while simultaneously supporting monostatic sensing in a frequency-selective setting. The joint design of precoders and combiners involves the mitigation of self-interference (SI) caused by simultaneous transmission and reception at the FD base station (BS). Additionally, MU interference needs to be handled by the precoder/combiner design. The resulting optimization problem involves non-convex constraints since hybrid analog/digital architectures utilize networks of phase shifters. To solve the proposed problem, we separate the optimization of each precoder/combiner, and design each one of them while fixing the others. The precoders at the FD BS are designed by reformulating the communication and sensing constraints as signal-to-leakage-plus-noise ratio (SLNR) maximization problems that consider SI and MU interference as leakage. Furthermore, we design the frequency-flat analog combiner such that the residual SI at the FD BS is minimized under communication and sensing gain constraints. Finally, we design an interference-aware digital combining stage that separates MU signals and target reflections. The communication performance and sensing results show that the proposed framework efficiently supports both functionalities simultaneously.


翻译:本文提出了一种面向通信导向的集成感知与全双工(FD)通信的混合预编码/合并框架,该框架工作于毫米波波段。所设计的预编码器和合并器能够支持多用户(MU)全双工通信,同时在高频选择性环境中实现单站感知功能。预编码器与合并器的联合设计需抑制由全双工基站(BS)同时收发引起的自干扰(SI)。此外,预编码器/合并器的设计还需处理多用户干扰。由于混合模拟/数字架构采用移相器网络,所得到的优化问题包含非凸约束。为求解该问题,我们分别优化每个预编码器/合并器,在固定其他组件的前提下逐一设计。通过将通信与感知约束重构为信号泄漏加噪声比(SLNR)最大化问题,设计了全双工基站的预编码器,其中自干扰与多用户干扰被视为泄漏。进一步,在通信与感知增益约束下,设计频率平坦的模拟合并器以最小化全双工基站的残余自干扰。最后,我们提出一种干扰感知的数字合并阶段,用于分离多用户信号与目标反射回波。通信性能与感知结果表明,所提框架能高效地同时支持两种功能。

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