Due to the lack of wireless spectrum resources, people are focusing on the versatile wireless networks. Wireless localization and target sensing both rely on precise extraction of parameters such as signal amplitude, propagation delay and Doppler shift from the received signals. Due to the high multi-path resolution and strong penetration of UWB signals, both localization and sensing can be achieved through the same UWB waveform. Practical networks are often resource-constrained, in order to improve the accuracy of integrated networks, we need to optimize the allocation of resources in the networks. Considering the complexity of the multi-slot networks, this paper derives the Fisher Information Matrix (FIM) expressions for single-slot and dual-slot integrated sensing and localization (ISAL) networks respectively, and proposes two resource optimization schemes, namely step-by-step scheme and integrated scheme. The numerical results show that: (i) for the sensing-resource-deficient networks with relatively uniform node distribution, the energy allocated to each step in the step-by-step scheme satisfies the relationship: energy for clock offset < energy for radar localization < energy for target sensing. (ii) In the multi-slot ISAL networks, the system will allocate more energy to the time slots where the networks are relatively sensing-resource-deficient. (iii) The step-by-step scheme is more suitable for the sensing-resource-abundant networks, while the integrated scheme is more suitable for the sensing-resource-deficient networks.


翻译:由于无线频谱资源的匮乏,人们正聚焦于多功能无线网络。无线定位与目标感知均依赖于从接收信号中精确提取信号幅度、传播时延及多普勒频移等参数。由于超宽带(UWB)信号的高多径分辨率和强穿透性,可通过相同的UWB波形同时实现定位与感知。实际网络常受资源约束,为提升综合网络精度,需优化网络资源分配。考虑多时隙网络的复杂性,本文分别推导了单时隙和双时隙综合感知与定位(ISAL)网络的费舍尔信息矩阵(FIM)表达式,并提出两种资源优化方案:逐步方案和综合方案。数值结果表明:(i)在节点分布相对均匀的感知资源匮乏网络中,逐步方案中各步骤分配的满足关系:时钟偏移能量<雷达定位能量<目标感知能量;(ii)在多时隙ISAL网络中,系统将更多能量分配至网络感知资源相对匮乏的时隙;(iii)逐步方案更适用于感知资源丰富的网络,而综合方案更适用于感知资源匮乏的网络。

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